Мартенсит и участки феррита X 200

Значительнее влияние закалки стали с большим содержанием углерода (0,15 – 0,25%). Ее предел текучести возрастает на 30 – 50%; твердость повышается с HB 110 –130 до HB 140 – 150. Резкое изменение свойств в результате закалки достигается у углеродистой стали, содержащей более 0,25 – 0,30% С. Доэвтектоидная сталь, имеющая более 0,25 – 0,3% С, получает структуру мартенсита. В микроскопе кристаллы мартенсита имеют характерную форму игл (пластин).

а — закалка с 830° C без перегрева, кристаллы мартенсита мелкие и плохо различимы; б — закалка с 925° C (перегрев), кристаллы мартенсита более крупные, X 500.

Рисунок 7.5 – Структура закаленной среднеуглеродистой стали (0,5% С)

 

 

Рисунок 7.6 – Доэвтектоидная сталь (0,5% С) в закаленном состоянии

 Зерно аустенита, определенное методом окисления (границы зерен окислились при нагреве полированного шлифа в открытой печи): а — нагрев до 820 ⁰С;       б – нагрев до 925 ⁰С. X 100 выше Ас₃), то он не вызывает значительного роста  зерна аустенита; поэтому кристаллы мартенсита, образующиеся при охлаждении в пределах зерна аустенита, имеют небольшие размеры. Они трудно различимы в микроскоп (рис.7.5) при небольших и средних увеличениях (в 200 – 600 раз). Повышение температуры закалки на 100 – 150 ⁰С выше Ac₃ вызывает заметный рост зерна аустенита (рис. 7.6) и образующихся при охлаждении кристаллов мартенсита                 (см. рис. 7.5). Такой нагрев снижает пластичность стали (как непосредственно после закалки, так и после отпуска) и на практике не применяется.

Закалку заэвтектоидной стали проводят с нагревом в двухфазную область (аустенит – вторичный цементит) на 50 – 80 ⁰С выше.Ac₁. Сталь получает структуру (рис.7.7), состоящую из мартенсита, зерен вторичного цементита (не растворившегося при нагреве) и остаточного аустенита. Кристаллы (иглы) мартенсита имеют очень небольшие размеры. Температура окончания мартенситного превращения стали с повышенным содержанием углерода снижается ниже – 50 ⁰С. Количество остаточного аустенита не превышает 5 – 10% и еще не обнаруживается микроанализом.

Рисунок 7.7 – Заэвтектоидная сталь (1,2% С) в закаленном состоянии.

Закалка, 800°С. Мартенсит и вторичный цементит. X 500.

 

Повышение температуры закалки выше Acm вызывает растворение вторичного цементита и способствует росту зерна. Такая сталь имеет после закалки отчетливо видимые крупные кристаллы (иглы) мартенсита и остаточный аустенит, количество которого возрастает до 20 – 30% (и более). Эти структуры образуются в результате быстрого охлаждения углеродистой стали в воде.

При более медленном охлаждении, например в масле или на воздухе, не удается задержать распад аустенита углеродистой стали на феррито – цементитную смесь. Однако процессы коагуляции не могут протекать полностью, как с печью. Поэтому образующиеся продукты превращения – троостит и сорбит закалки – отличаются от равновесной структуры – перлита – более дисперсным строением: пластинки феррита и цементита и расстояние между ними меньше по сравнению с наблюдаемым для перлита. Сорбит и троостит закалки имеют пластинчатое строение и отличаются этим от сорбита и троостита отпуска, имеющих зернистое строение цементита. Строение троостита почти не выявляется под микроскопом ввиду значительной измельченности частиц цементита и феррита. При изготовлении микрошлифа троостит как очень дисперсная двухфазная структура имеет повышенную травимость по сравнению с другими структурами. Поэтому троостит выявляется в виде темных образований (рис. 7.8,а ). Исследование в электронном микроскопе отчетливо установило пластинчатое строение троостита закалки (рис. 7.8, б).

Троостит закалки: а — в оптическом микроскопе, X 500; б — в электронном микроскопе, X 7000.

Рисунок 7.8. – Сталь с 0,5% C после закалки с 840* С в масле

Сорбит закалки в оптическом микроскопе выявляется отчетливее  (рис. 7.9), чем троостит закалки. Троостит и сорбит в отличие от перлита не имеют постоянного состава; содержание углерода в зависимости от состава исходного аустенита и температура его превращения могут изменяться в значительных пределах. Поэтому в доэвтектоидной стали, содержащей более 0,35 – 0,40 % С и получившей в результате термической обработки структуры троостита или сорбита, не наблюдается участков с отдельными зернами структурно изолированного феррита.

Рисунок 7.9 – Сталь с 0,7% С. Сорбит закалки; а – X 200; б – X 1000.

Низкий отпуск закаленной стали (с нагревом до 200 – 250 ⁰С) не вызывает заметных изменений в структуре, наблюдаемой в микроскопе.

 

Х500: а – мартенсит отпуска; 6 – троостит; в – сорбит.

Рисунок 7.10. – Структура отпущенной стали (0,6% С),

Происходящее при низком отпуске резкое уменьшение концентрации углерода в мартенсите, вызывающее уменьшение тетрагональности его решетки и выделение мельчайших частиц карбида (цементита), наблюдается только рентгеноструктурным анализом. Микрошлифы после низкого отпуска обладают лишь более интенсивной травимостью и кристаллы (иглы) мартенсита отпущенной стали кажутся более темными, чем в закаленной стали, не подвергавшейся отпуску (рис. 7.10,а).Отпуск с более высоким нагревом (350 – 400 ⁰С), усиливая процессы диффузии и коагуляции, вызывает распад мартенсита и образование троостита; отпуск 400 – 500 ⁰С вызывает образование троосто –сорбита, а отпуск 500 – 600 ⁰С – образование сорбита. Кристаллики карбидов в троостите и сорбите отпуска имеют зернистую форму. Строение троостита отпуска (рис.7.10, б), как и троостита закалки, вследствие значительной дисперсности образовавшихся частиц феррита и цементита плохо выявляется при микроанализе; троостит наблюдается в виде сильно травящихся темных образований. Сорбит отпуска выявляется отчетливее (рис. 7.10, е).

Более высокий отпуск (с нагревом от 650 ⁰С до Ас₁) приближает структуру к равновесной; образуется перлит и обособляется избыточный феррит (в доэвтектоидной стали). Перлит приобретает все менее дисперсное строение, похожее на строение зернистого перлита отожженной стали.

8. Контрольные вопросы

8.1. Что такое мартенсит отпуска?

8.2. Каким образом получить мартенсит отпуска и его структура?

8.3. Что такое троостит отпуска?

8.4. Каким образом получить троостит отпуска и его структура?

8.5. Что такое сорбит отпуска?

8.6. Каким образом получить сорбит отпуска?

8.7. Что такое троостит, полученный закалкой?

8.8. В чем отличия троостита отпуска от троостита закалки?

8.9. Что такое сорбит, полученный закалкой?

8.10. В чем отличия сорбита закалки от сорбита отпуска?

8.11. В чем отличия сорбита перлита и троостита?

8.12. Закалка ТВЧ.

8.13. Примеры применения деталей, термообработанных на мартенсит?

8.14. Примеры применения деталей, термообработанных на троостит?

8.15. Примеры применения деталей, термообработааных на сорбит?

Список рекомендуемой литературы

8.1. Гуляев А.П. Металловедение. М., Металлургия, 1985.

8.2. Лахтин Ю.М., Леонтьева В.П. Металловедение, М., Машиностроение, 1990.

   8.3. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка металлов, М., Металлургия, 1983.

8.4. Практикум по технологии конструкционных материалов и материаловедению. Под. редакцией Некрасова С.С. М., Агропромиздат, 1992.

Лабораторная работа № 8