Какую структуру имеет эвтектоидная сталь при 1000. Какую структуру имеет эвтектоидная сталь при комнатной температуре

Кристаллическая структура состоит из нескольких октаэдров, которые располагаются относительно друг друга под определённым углом. Внутри каждого октаэдра находится атом углерода. Это приводит к следующей конфигурации: один атом углерода связывается с несколькими атомами железа, и каждый атом железа, в свою очередь, связан с тремя атомами углерода.

Какую структуру имеет эвтектоидная сталь при комнатной температуре

Разнообразие комбинаций этих элементов дает возможность создавать множество сплавов, которые можно классифицировать на три основные группы:

Техническое железо.
Стали.
Чугуны.

К категории технического железа относятся материалы с содержанием углерода менее 0,02%. К сталям причисляются те материалы, в которых содержание углерода колеблется от 0,02 до 2,14%. Чугун включает в себя материалы, где содержание углерода превышает 2,14%.

Технология изготовления

Общий процесс производства доэвтектоидной стали схож с производством других металлов. Технические методы остаются аналогичными, но используются в различных конфигурациях. Доэвтектоидная сталь требует особого внимания, особенно в аспекте достижения уникальной структуры. Для этого применяется технология, обеспечивающая распад аустенита в процессе охлаждения. Аустенит представляет собой смесь, состоящую из феррита и перлита. Управляя интенсивностью нагрева и охлаждения, технологи могут контролировать дисперсию этой смеси, что напрямую влияет на эксплуатационные свойства материала.

Тем не менее, уровень углерода, обеспечиваемый перлитом, остается неизменным. Хотя последующий отжиг может изменить микроструктуру, содержание углерода останется в пределах 0,8%. Также важным этапом в формировании структуры стали является нормализация, которая помогает оптимизировать размеры зерен аустенита. Грубо говоря, частицы феррита и перлита уменьшаются до наиболее подходящих размеров, что в конечном счете улучшает технические характеристики стали. Это довольно сложный процесс, результат которого зависит от качества управления нагревом. Если температура будет превышена, результат может быть обратным — увеличение размеров зерен аустенита.

Что это такое?

Эвтектоидная сталь – это сплав с уникальным составом. Она принадлежит к категории технических металлов. Изделия, изготовленные из этого материала, известны своей прочностью, износостойкостью и устойчивостью к воздействию негативных внешних факторов.

Кроме того, этот сплав демонстрирует хорошие динамические свойства. Мастера, работающие с материалом, в первую очередь подчеркивают его пластичность.

Эти качества обусловлены значительным содержанием углеродистых примесей в его состав.

Основные свойства

Одним из наиболее важных отличительных свойств эвтектоидной стали является наличие углерода и легированных примесей. Изучение состава металла крайне важно для понимания различий между классической эвтектоидной сталью и ледебуритной сталью. Последняя внешне очень напоминает основное вещество, однако различия проявляются в фазовом химическом составе.

Если говорить о структуре стали, то к эвтектоидам относится доэвтектоидный состав. В таком составе обязательно присутствуют перлиты и легированные ферриты. Главное отличие от заэвтектоидных материалов заключается в процентном соотношении углерода. Содержание углерода в доэвтектоидном составе должно составлять не более 0,8%.

Даже при небольшом превышении это вещество всё равно может быть классифицировано как полноценный эвтектоид.

Каждый металл имеет свою уникальную структуру, и эвтектоидная сталь не является исключением. Формирование структуры происходит в результате перекристаллизации аустенита. Эвтектоидная сталь содержит более 0,8% углерода, при этом перлит может быть как пластичным, так и зернистым.

Читайте ещё: Варианты внешней отделки СИП домов

Состав данной стали также помогает определить ее маркировку.

Структура стали

Структура стали представляет собой её внутреннее строение. Углерод в стали в основном находится в форме химического соединения с железом, которое называется цементит. Кроме цементита, в стали присутствует феррит, который представляет собой почти чистое железо. В зависимости от содержания углерода разное количество феррита образует механическую смесь с цементитом, создавая новую структуру — перлит. Если кусок металла правильно обработан, отшлифован и подвергнут травлению в специальном реагенте, то под микроскопом можно различить его микроструктуры. Ниже приводится описание структур железоуглеродных сплавов.

Аустенит представляет собой твёрдый раствор углерода и других элементов в гамма-железе. Максимальное содержание углерода, которое может находиться в аустените, составляет 2%. Аустенит формируется во время затвердевания жидкой стали и при нагреве твердой стали выше критических температур.

В обычных сталях аустенит существует только при температуре выше критических точек. При охлаждении, даже самом быстром, аустенит может превращаться в другие структуры. При комнатной температуре аустенит сохраняется лишь в нескольких марках нержавеющих сталей, в высокомарганцевых сталях, а также в небольших количествах в процессе закалки некоторых марок инструментальных и конструкционных сталей.

Аустенит является мягким, пластичным, тягучим и с низким уровнем упругости. Твердость по Бринелю варьируется от 170 до 220.

Аустенит является немагнитным элементом и имеет низкую электропроводность.

Феррит представляет собой твёрдый раствор углерода и других элементов в альфа-железе. Максимум, что может раствориться в ферритах, это 0,04% углерода. Феррит сохраняется устойчивым при температурах ниже критической точки A_C1. Он выделяется из аустенита при медленном охлаждении ниже A₆_i. Феррит отличается мягкостью и высокой тягучестью, его твердость составляет HB от 60 до 100. Феррит магнитен до температуры 768°, выше которой он теряет свои магнитные свойства.

Цементит представляет собой химическое соединение железа с углеродом, обозначаемое как Fe₃C — карбид железа. Цементит содержит 6,67% углерода. Он выделяется из жидкого и твёрдого растворов при медленном охлаждении. Цементит обладает высокой твердостью и хрупкостью, его твердость составляет от НB= 800 до 820. Он также магнитен до температуры 210°, после чего теряет такие свойства.

Перлит представляет собой механическую смесь феррита и цементита. Он формируется из аустенита при медленном охлаждении. Температура превращения аустенита в перлит составляет 723°С. При очень медленном переходе через эту температуру цементит образуется в виде зерен (глобулей), и в данном случае перлит называется зернистым. При более быстром охлаждении цементит принимает форму пластинок, и тогда перлит называется пластинчатым. Если аустенит охлаждается слишком быстро, вместо перлита могут образоваться другие структуры, о которых будет рассказано позже.

Перлит обладает магнитными свойствами, прочен и в то же время пластичен. Его твердость составляет от 160 до 230 кг/мм² по Бринелю. При обработке резанием структура зернистого перлита обеспечивает наилучшее качество поверхности.

Мартенсит образуется в результате очень быстрого охлаждения (закалки) аустенита. При таком охлаждении кристаллическая структура гамма-железа перестраивается в решетку альфа-железа, однако углерод не успевает выйти из раствора в форме карбида железа и остается в решетке альфа-железа. Поскольку обычное альфа-железо способно растворять не более 0,04% углерода, полученная структура считается пересыщенной. Мартенсит обладает высокой твердостью (более R_c = 60) и хрупкостью. Следует упомянуть, что решетка альфа-железа в результате закалки приобретает искажённую форму с неравномерными размерами граней; это называется тетрагональной решеткой. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше тетрагональность решётки и тем больше внутренние напряжения. При нагревании до температур 100—200° тетрагональность мартенсита уменьшается, и форма кристаллической решётки становится более кубической, что приводит к снижению внутренних напряжений. Мартенсит также имеет магнитные свойства.

Читайте ещё: Какая шпаклевка лучше для стен под обои и под покраску

Превращения, происходящие в стали при нагревании

По диаграмме на рисунке 3 можно проанализировать изменения в структуре трех различных марок стали при нагревании:

Сталь с содержанием углерода 0,83%. Структура стали состоит из перлита. При температуре 723° в точке A_c1 перлит переходит в аустенит.
Сталь с содержанием углерода 0,4%. Структура складывается из перлита и феррита. При температуре 723° в точке K₁ перлит переходит в аустенит, а с увеличением температуры свободный феррит растворяется в аустените. При пересечении линии GS в точке K₂ завершится растворение феррита, и структура станет полностью аустенитной. Для этой стали точка K₁ на диаграмме является нижней критической точкой А_c1, а K₂ — верхней критической точкой А_c₁.
Сталь с содержанием углерода 1,2%. Структура состоит из перлита и цементита. При температуре 723° в точке P₁ перлит переходит в аустенит, и при дальнейших повышениях температуры цементит постепенно растворяется в аустените. При пересечении линии SE в точке P₂ это растворение будет завершено. Для данной стали точка P₁ будет нижней критической точкой A_c1, а точка P₂ — верхней критической точкой, помеченной в заэвтектоидных сталях как A_c.

Линия на диаграмме, обозначенная буквами GS, соответствует окончанию растворения феррита в аустените в доэвтектоидных сталях, при этом линия SE указывает на окончание растворения цементита в аустените в заэвтектоидных сталях.

Важно отметить, что заэвтектоидные стали при термической обработке не нагревают выше линии A_c_т (поскольку подобный перегрев приведет к ухудшению свойств стали). Обычно нагрев ограничивается выше первой критической точки A_C1, что обеспечивает получение требуемых свойств.

Структура стали

Режим нормализации при температуре порядка 700 °С формирует структуру, в которой основными компонентами являются зерна феррита и перлита. Стоит отметить, что в заэвтектоидных сталях вместо феррита присутствует цементит. При комнатной температуре в обычном состоянии можно зафиксировать увеличение количества феррита, которое уменьшается с ростом содержания углерода. Важно подчеркнуть, что структура стали не сильно зависит от углерода, так как он практически не влияет на поведение остальных её компонентов при нагреве и в большинстве случаев сосредоточивается именно в перлите. По перлиту можно оценить уровень содержания углерода, который, как правило, оказывается незначительным.

Есть еще один интересный аспект структуры. Частицы перлита и феррита имеют схожую плотность, что позволяет оценить их количество по площади, занимаемой этими компонентами в общей массе. Таким образом, можно изучать поверхности микрошлифов. В зависимости от условий и режима обработки доэвтектоидной стали, формируются и размеры частиц аустенита, что происходит в индивидуальном порядке, создавая уникальные значения, хотя пределы по различным показателям остаются стандартными.

Читайте ещё: Штукатурка потолка цементным раствором

Чтение диаграммы железо-углерод

Состав сплава с заданным начальным содержанием углерода при определенной температуре может быть определен, двигаясь по вертикальной линии, которая обозначает содержание углерода в сплаве.

Рассмотрим, к примеру, область AEC. Соседними областями являются аустенит AESG и жидкая фаза. Сплавы в этой области включают жидкую фазу и образующийся твёрдый аустенит. Как можно определить концентрацию углерода в разных фазах для данного сплава? Применим к примеру сплав с исходной концентрацией углерода 2,5% и температурой 1250°С.

Проведем из этой точки графика 2,5% углерода – 1250°С горизонтальную линию. Пересечение этой прямой с линией AE, граничащей с областью аустенита, укажет содержание углерода в аустените при данной температуре (~1,5%).

Пересечение этой же горизонтальной линии с линией AC, граничащей с областью жидкой фазы, продемонстрирует содержание углерода в жидкой фазе при этой температуре (~3,5%).

Таким образом, можно определить концентрацию углерода в различных фазах любого сплава при заданной температуре:

в жидкой фазе и аустените в области AEC;
в жидкой фазе в области CDF (содержание углерода в цементите обычно стабильно – 6,67%);
в аустените в области SEFK;
в феррите в области QPKL;
в феррите и аустените в области GPS.

Как видно, при содержании углерода выше 2,14% насыщение охлаждаемого расплава углеродом всегда стремится достигнуть 4,3% (по линиям AC и DC) на температуре 1147°С (уровень ECF). Затем начинается превращение жидкости в ледебурит (эвтектику), что также происходит при том же среднем содержании углерода.

При приближении к температуре 727°С (уровень PSK) содержание углерода в аустените (свободном и/или входящем в состав ледебурита) стремится к 0,8% (по линиям GS и ES). Далее начинается превращение аустенита в перлит (эвтектоид). Перлит, естественно, содержит в среднем 0,8% углерода.

Классификация железоуглеродистых сплавов

Классификация железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода в них:

Техническое железо представлено тем, что состоит исключительно из феррита, что и определяет его свойства: мягкость, высокую пластичность и т.п.

Чугуны отличаются наличием ледебурита, придающего им хрупкость. В результате чугуны не могут подвергаться ковке, однако обладают более высокими литейными свойствами по сравнению со сталями благодаря наличию легкоплавкого ледебурита.

Термообработка сталей в ООО КВАДРО

Наша компания на протяжении почти четверти века предлагает услуги термообработки металлов в Санкт-Петербурге. Вы можете заказать термообработку, оставив заявку на нашем сайте или позвонив нам.

Мы осуществляем термообработку сталей (в том числе нержавеющих, инструментальных и т.д.) согласно чертежам заказчика или заданным температурным режимам, а также других металлов и сплавов (таких как алюминиевые и титановые, латунь, бронза и прочие).

К основным видам термообработки, которые проводятся на нашем предприятии, относятся:

закалка (включая закалку в соляных ваннах для быстроврезного инструмента);

Также напоминаем, что у нас имеется широкий спектр методов механической обработки, включая фрезерные и токарные работы.