Микроструктура углеродистой стали после закалки и отпуска.

Микроструктура доэвтектоидной углеродистой стали после полной закалки в воде, состоит из светлых игл мартенсита (рис.6). Кристаллы мартенсита представляют собой линзы (в плоскости микрошлифа имеют вид игл), расположенные параллельно или под углом 60 и 120°. Количество остаточного аустенита в структуре доэвтектоидных сталей не превышает 5%, и при микроструктурном анализе он не обнаруживается. В зависимости от размера игл, наблюдаемых в световой микроскоп, различают скрытокристаллический или бесструктурный, мелко-, средне- и крупноигольчатый мартенсит. На практике после полной закалки доэвтектоидных сталей в воде обычно получают мелко – или среднеигольчатый мартенсит.

Нагрев доэвтектоидной стали выше точки А_с3 более чем на 30...50°С (перегрев) приводит к росту аустенитного зерна и образованию крупноигольчатого мартенсита, имеющего повышенную хрупкость. Поэтому закалка с таких температур на практике не производится.

Микроструктура эвтектоидной углеродистой стали после закалки в воде состоит из светлых игл мартенсита и незначительного количества светлых изолированных участков остаточного аустенита, слабо обнаруживаемых микроструктурным анализом (рис.7).

Рис.6.Схема микроструктуры доэвтектоидной стали 45 после полной закалки в воде. Мартенсит, х500

Рис.7.Схема микроструктуры эвтектоидной стали У8 после закалки в воде. Мартенсит, остаточный аустенит, х500

Для заэвтектоидных углеродистых сталей на практике применяют неполную закалку. Микроструктура таких сталей после неполной закалки состоит из мартенситной основы, вторичного цементита в виде светлых частичек округлой формы и незначительного количества (менее 10%) остаточного аустенита, который плохо выявляется микроструктурным анализом (рис.8). При неполной закалке заэвтектоидных сталей образуется мелкоигольчатый или скрытокристаллический мартенсит. Это обусловлено тем, что при нагреве до температур А_с1 + 30 + 50°С зерна аустенита имеют малые размеры, в связи с чем при охлаждении образуются настолько мелкие иглы мартенсита, что при микроструктурном анализе с малым и средним увеличением микроскопа они неразличимы. При нагреве заэвтектоидных сталей выше точки А_cm (полная закалка) происходит растворение вторичного цементита в аустените и рост аустенитного зерна. После такой закалки образуется структура крупноигольчатого мартенсита сбольшим количеством остаточного аустенита (30% и более), снижающего твердость стали. Поэтому полная закалка заэвтектридных сталей на практике не применяется.

Структура мартенсита в углеродистой стали получается при охлаждении в воде – охлаждающей среде, обеспечивающей закритическую скорость охлаждения. При более медленном охлаждении со скоростью меньше критической происходит диффузионный распад аустенита на феррито-цементитные смеси – троостит, сорбит, перлит, имеющие межпластиночное расстояние соответственно ~0,1; 0,2; 0,3 мкм. Чем выше скорость охлаждения, тем ниже температура превращения, тем более затруднена диффузия и тем дисперснее частицы феррита и цементита. При микроструктурном исследовании троостит и сорбит выглядят в виде однородных темных участков, что обусловлено, с одной стороны, тем, что разрешающая способность светового микроскопа меньше расстояния между составляющими их фазами, а с другой, - высокой травимостью дисперсной двухфазной структуры. При охлаждении со скоростью меньше критической возможно получение структуры, состоящей из светлых игл мартенсита и темных зерен троостита (рис.9). В отличие от перлита, содержащего 0,8%С, сорбит и троостит не имеют постоянного состава. Это связано с влиянием скорости охлаждения на количество так называемых избыточных фаз, выделяемых из аустенита, и, как следствие, - на состав аустенита, претерпевающего диффузионный распад.

Рис.8 Схема микроструктуры заэвтектоидной стали У11 после неполной закалки в воде. Мартенсит, остаточный аустенит, цементит вторичный, x500

Рис.9.Схема микроструктуры доэвтектоидной стали 45 после закалки в масле. Мартенсит и троостит, х340

Микроструктура углеродистой стали после закалки и низкого отпуска, имеет вид темных игл мартенсита отпуска. Это связано с тем, что мартенсит отпуска по сравнению с мартенситом в связи с выделением карбидной фазы имеет несколько большую способность к травлению, почему и выглядит более темным.

Рис.10. Схема микроструктуры доэвтектоидной стали 45 после закалки и высокого отпуска. Сорбит отпуска, х500

В результате среднего отпуска образуется троостит отпуска. Зернистое строение троостита отпуска, как и пластинчатое строение троостита, плохо выявляется при микроструктурном анализе вследствие высокой дисперсности образующих его кристаллов. При наблюдении в световой микроскоп троостит отпуска имеет вид темной массы. Строение троостита отпуска, как и троостита, отчетливо выявляется при исследовании с помощью электронного микроскопа.

После высокого отпуска углеродистая сталь приобретает структуру сорбита отпуска зернистого строения (рис. 10). На светлом фоне феррита располагаются цементитные включения округлой формы.