Общие сведения о перлитном превращении в стали. Дисперсность перлита

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

«Количественная оценка дисперсности перлита, толщины цементитных и ферритных пластин в перлите»

Цель работы: определить с помощью программного продукта Thixomet PRO дисперсности перлита, толщину цементитных и ферритных пластин в перлите.

Перлит – структурная составляющая в углеродистых и легированных сталях и чугунах, продукт эвтектоидного превращения согласно диаграмме состояния железо – углерод (рис. 1) высокотемпературной фазы – аустенита при термической обработке сплавов. Аустенит при охлаждении при температуре 723° С распадается на феррит и цементит. Перлитное превращение всегда начинается на границах зерен аустенита. Чтобы возникли частицы новой фазы, нужно создать зоны пониженной и повышенной концентрации углерода. Исходный аустенит содержит 0,8% углерода, а в результате превращения образуется феррит, практически не содержащий углерода, и цементит с 6,67% углерода. Для объяснения этих процессов предложен флуктуационный механизм, согласно которому атомы углерода с большой диффузионной подвижностью при высоких температурах, могут создавать зоны с повышенной концентрацией углерода. Этот процесс является энергетически выгодным, и зародыш цементита вырастает до критического размера[8, 9].

Рис. 1 Перлитное (эвтектоидное) превращение на диаграмме состояния железо – углерод

Если содержание углерода в стали не равно 0,8%, то из аустенита при охлаждении выделяется не только перлит, но и другие фазы. Если углерода менее 0,8%, выделяется избыточное количество феррита и сталь приобретает феррито-перлитную структуру, а при содержании углерода более 0,8% у стали перлито-цементитная структура.

Перлит состоит из двух фаз – феррита и цементита, феррит – железо с очень малым количеством углерода (до 0,03%), а цементит – химическое соединение Fe₃C, содержащее по массе 6,67%С. Среднее содержание углерода в перлите –0,8% С, а сталь с целиком перлитной структурой, содержащая 0,8% углерода, называется эвтектоидной. При содержании углерода менее 0,8% сталь состоит из перлита и феррита, если углерода более 0,8% – из перлита и, в соответствии с диаграммой состояния железо – углерод.

Перлит – англ pearlite (от франц. perle- жемуг); название предложено Хоу и связано с перламутровым блеском (перлит напоминает перламутр).

При металлографическом исследовании изучается срез поверхности металла (металлографический шлиф), который подвергается шлифовке, полировке и химическому травлению специально подобранными реактивами. Химическая активность цементита больше, чем феррита, поэтому под микроскопом сильно протравленные участки цементита имеют черный цвет, а участки феррита сохраняют светлый цвет.

Перлит обычно имеет пластинчатую структуру, каждое зерно перлита состоит из параллельных пластинок феррита и цементита шириной в десятые доли мкм. Длина пластинок соответствует размеру зерен металла, и пластинки идут от одной границы зерна к другой. Если такая объемная пластинчатая структура пересекается плоскостью шлифа и подвергается травлению, то на ее поверхности возникает полосчатая структура из светлых полосок феррита и тонких полосок цементита. При различных термообработках ширина полосок (межпластиночное расстояние) может быть различным, ширина полосок цементита в семь раз меньше, чем полосок феррита. При длительной выдержке при высоких температурах зерна феррита и цементита могут переходить из пластинчатой формы в округлую, и на металлографическом шлифе наблюдаются мелкие, темные, округлые зерна цементита на фоне крупных зерен феррита.

Следует отметить, что пластинчатый перлит может иметь различную степень дисперсности (разное межпастинчатое расстояние). Выделяют дополнительно сорбит (межпластинчатое расстояние - 0,2 мкм, для сравнения - в перлите 0,5—1,0 мкм) и троостит (межпластинчатое расстояние в троостите не превышает 0,1 мкм). Твёрдость троостита выше, чем в сорбите, а в сорбите выше соответственно, чем в перлите, т.е. с увеличением степени дисперсности показатели прочности и твердости повышаются [6, 7].

Таким образом, перлит, сорбит и троостит — структуры, имеющие одинаковую природу (феррит + цементит) и отличающиеся лишь степенью дисперсности этих составляющих.

Дата добавления: 2014-11-16