Основные элементы микроструктуры стали и чугуна
Феррит.
Микроструктура феррита как твердого раствора углерода, марганца, кремния, фосфора, хрома и других элементов в α-железе состоит из светлых зерен (рис. 1). Лучшим реактивом для травления феррита является 4%-ный раствор азотной кислоты в спирте. Четкое выявление границ зерен получается после ряда повторных полировок, сопровождаемых травлением.
Рис 1. Феррит: х500. Светлые зерна α -железа, которое может содержать в твердом растворе до 0,006 % углерода, а также некоторое количество марганца, кремния, фосфора, хрома, и других элементов
Аустенит.
Микроструктура аустенита как твердого раствора углерода и других элементов в γ-железе (рис. 2) состоит из светлых зерен с характерными двойниками.
Для лучшего выявления микроструктуры аустенита рекомендуется при изготовлении микрошлифов применять электролитическое полирование и электролитическое травление.
Рис 2. Аустенит: х500. Светлые зерна с характерными двойниками кристалла твердого раствора углерода и других элементов в y -железе.
Цементит.
Микроструктура цементита как химического соединения железа с углеродом Fe3C(содержащего 6,67% С) или твердого раствора железа и других элементов на его основе имеет светлый выпуклый вид, например, выделившийся в виде сетки и и гол из аустенита вторичный цементит (рис. 3) в неотожженной (сырой) высокоуглеродистой (заэвтектоидной) стали. При травлении обычными реактивами, ввиду химической стойкости цементита, он слабо разъедается и имеет так же, как и феррит, светлый вид. Отличить его от феррита можно или по его высокой твердости, или путем травления пикратом натрия, который окрашивает цементит в темный цвет (при этом феррит не окрашивается).
Рис. 3. Цеменит вторичный в неотожженной ( заэвтектоидной) стали х 1000. Светлая сетка Fe3C, который может содержать в твердом растворе железо, марганец, хром и другие элементы.
Цементит также наблюдается в структуре в виде полос первичного цементита (рис.4,а), выделившегося из жидкого сплава,
и в форме мелкой сетки или частичек третичного цементита (рис.4,б), выделившегося из феррита.
Рис. 4. Цеменит. а- первичный( массивные включения в заэвтектоидном чугуне), х200., б- третичный (мелкие влючения и сетка в техническом железе), х1500
Перлит.
Эвтектоид, состоящий из мелких различной величины пластинок цементита, расположенных в феррите, называется пластинчатым перлитом (рис. 5).
Рис. 5. Перлит пластинчатый; х2000. Эвтектоид, состоящий из тонких пластинок цементита, расположенных на ферритной основе.
В случае, если цементит расположен в виде мелких зерен цементита различной величины в феррите, то такая структура называется зернистым перлитом (рис.6). В чистых сплавах железа с углеродом перлит содержит 0,8% С. В сталях и чугунах, содержащих кремний, марганец и другие элементы, перлит содержит меньше углерода. Пластинки и зерна цементита своеобразно отражают свет, и поверхность протравленного микрошлифа напоминает перламутр, что дало основание назвать эту микроструктуру перлитом.
Рис. 6. Перлит зенистый; х2000. Эвтектоид, состоящий измелких зернышек цементита, расположенных на ферритной основе.
Особенно хорошо пластинки цементита в перлите можно наблюдать под электронным микроскопом (рис. 7), где ясно видны тонкие пластинки цементита, наклоненные под углом к поверхности микрошлифа.
Весьма хорошим реактивом, обеспечивающим равномерное и четкое выявление структуры перлита, является 5%-й раствор пикриновой кислоты в этиловом спирте, который хорошо растворяет феррит, не загрязняет его продуктами травления, а на цементит почти не оказывает воздействия.
Рис. 7. Перлит пластинчатый; х30000. Эвтектоид, состоящий из тонких пластинок цементита, наклоненных под углом к поверхности шлифа и расположенных на ферритной основе.
Ледебурит.
Ледебурит, или цементитная эвтектика, состоит в момент образования из выделений аустенита, расположенных в цементите, а после охлаждения ниже Аr1 — из выделений перлита в цементите (рис.8).
Рис. 8. Ледебурит; х500 . Эвтектика из характерных округлых темных включений перлита, расположенных в светлой цементитной основе.