Розуміння аустеніту, мартенситу та перліту

Аустеніт:

Твердий розчин вуглецю та легуючих елементів, розчинених у γ-Fe, який зберігає гратчасті характеристики гранецентрованого куба γ-Fe. Ця структура зазвичай існує при високих температурах; аустеніт починає розкладатися при 200–300 °С. Із підвищенням температури нагріву зерна поступово зростають. При заданій температурі чим довше тривалість витримки, тим більшими стають зерна аустеніту. Межі зерен досить прямі, утворюючи правильні багатокутники; матеріал немагнітний, має добру пластичність, низьку міцність і певну міцність; у загартованій сталі залишковий аустеніт розташований у проміжках між голками мартенситу.

Переохолоджений аустеніт:

Аустеніт, який існує нижче температури A1, є нестабільним і готовий до перетворення.

Ферит:

Твердий розчин вуглецю та легувальних елементів, розчинених у α-Fe, що має об'ємно-центровану кубічну ґратку та дуже низьку розчинність вуглецю; Характеристики: виявляє гарну в’язкість і пластичність; має світлу полігональну зернисту структуру; існує при високих температурах понад 1400 °C, тому називається високотемпературним феритом або δ-твердим розчином, позначається як δ; у доевтектоїдній сталі повільно охолоджений ферит має блокоподібну форму зерен із відносно гладкими межами зерен. Коли вміст вуглецю наближається до евтектоїдного складу (0,77% вуглецю), ферит виділяється по межах зерен. (Евтектоїд: фазове перетворення, при якому дві або більше нових фаз одночасно виділяються з материнської фази.)

Мартенсит:

Пересичений твердий розчин вуглецю, розчиненого в α-Fe, з об'ємно-центрованою тетрагональною структурою; поширені морфології мартенситу включають пластинчасту та гратчасту структури; морфологія мартенситу залежить головним чином від температури утворення, яка, у свою чергу, залежить від вмісту вуглецю та легувальних елементів в аустеніті; для вуглецевої сталі зі збільшенням вмісту вуглецю кількість гратчастого мартенситу відносно зменшується, а кількість пластинчастого мартенситу відносно зростає; характеристики: висока міцність і висока твердість; утворюється шляхом швидкого охолодження (загартування) аустеніту, не є рівноважною структурою та легко розкладається при нагріванні до 80–200°C;

Гратчастий мартенсит:

Утворюється в низьковуглецевих та середньовуглецевих сталях і нержавіючих сталях, складається з пучків пластин, розташованих паралельно. Просторова форма — сплющена та видовжена, одне зерно аустеніту може перетворитися на кілька пучків пластин (зазвичай 3–5).

Гратчастий мартенсит (голчастий мартенсит):

Це зазвичай спостерігається у високовуглецевих і середньовуглецевих сталях та високонікелевих сплавах Fe-Ni. Коли найбільші пластинарні мартенсити занадто малі, щоб їх можна було розрізнити за допомогою оптичного мікроскопа, такий мартенсит називається криптокристалічним. Мартенсит, отриманий звичайним гартуванням у промислових умовах, як правило, є криптокристалічним.

Відпущений мартенсит:

Ця мікроструктура утворюється при низькотемпературному відпуску (150–250°C) і складається з мартенситу з меншим ступенем пересичення та дуже дрібних карбідів. Розкладання мартенситу відбувається в інтервалі температур 80–200°C. Коли сталь нагрівають до приблизно 80°C, активність атомів у ній зростає, і пересичений вуглець у мартенситі починає поступово виділятися у вигляді карбідів. Ступінь пересичення вуглецем у мартенситі постійно зменшується, утворюючи таким чином сумішну структуру мартенситу з меншим ступенем пересичення та дуже дрібних карбідів.

Цементит:

Сполука вуглецю та заліза, Fe3C; Характеристики: містить 6,67% вуглецю, має складну орторомбічну кристалічну структуру; дуже твердий, надзвичайно крихкий, практично без ударної в’язкості та пластичності;

Перліт:

Механічна суміш фериту та цементиту у вигляді чергуючих шаруватих шарів, утворена евтектоїдною реакцією в залізовуглецевих сплавах; Характеристики: має перлиста блискавиця; механічні властивості перебувають між властивостями фериту та цементиту, висока міцність, помірна твердість, добра пластичність і в’язкість;

Шаруватий перліт:

Суміш фериту та цементиту, утворена за рахунок чергування тонких шарів; залежно від розміру пластинчастого поділу, може бути поділена на: перліт (пластинчастий поділ 450–150 нм, температурний діапазон утворення A1–650 °C, чітко розрізняється під оптичним мікроскопом), сорбіт (пластинчастий поділ 150–80 нм, температурний діапазон утворення 650–600 °C, розрізняється лише під оптичним мікроскопом з великим збільшенням) та троостіт (пластинчастий поділ 80–30 нм, температурний діапазон утворення 600–550 °C, розрізняється лише за допомогою електронного мікроскопа);

Зернистий перліт:

Суміш, в якій цементит існує у вигляді зерен всередині феритної основи; зернистий перліт, як правило, отримують шляхом сфероїдизаційного відпалювання; (сфероїдизаційне відпалювання: відпалювання, що проводиться з метою перетворення карбідів у сталі на кулькоподібну форму);

Верхній бейніт:

Суміш, утворена з пересиченого голчастого фериту та цементиту, коли температура знижується до діапазону 550–350 °C, із цементитом між голками фериту; Характеристики: пір’ястий вигляд, крихкий, висока твердість; основні ознаки можна визначити за допомогою оптичного мікроскопа з 500-кратним збільшенням. Нижній бейніт

Суміш, утворена з пересиченого голчастого фериту та цементиту, коли температура знижується до діапазону 350–230 °C, але цементит розташований всередині голчастих структур фериту; Характеристики: має вигляд чорних голчастих або структур, схожих на бамбуковий лист;

Зернистий бейніт:

Суміш, що складається з порівняно крупних блокоподібних форм фериту та аустеніту, багатого вуглецем;

Безкарбідний бейніт:

Мікроструктура, що складається з однієї фази пластинчастого фериту, відома також як феритний бейніт; Характеристики: безкарбідний бейніт зазвичай утворюється в низьковуглецевій сталі;

Структура Відманштеттена:

Багатофазна мікроструктура в сталі, при якій проевтектоїдна фаза існує у вигляді голчастих або пластинчастих утворень, змішаних із шаруватим перлітом, що виникає, коли зерна аустеніту порівняно крупні, а швидкість охолодження є оптимальною. Характеристики: крупні зерна, пластинчасті, пір’ясті або трикутні форми.