8 wspólnych mikrostruktur metalu i stopu

Nowoczesne materiały można podzielić na cztery kategorie: metale, polimery, ceramika i materiały kompozytowe. Pomimo szybkiego rozwoju materiałów makrocząsteczkowych stal jest nadal najszerzej stosowanym i najważniejszym materiałem w obecnej technologii inżynierskiej. Jakie czynniki decydują o dominującej pozycji materiałów stalowych? Teraz przedstawmy to szczegółowo.

Żelazo i stal są wydobywane z rudy żelaza, bogatej w źródła i niskiej cenie. Żelazo i stal, znane również jako stop żelazo-węgiel, jest stopem złożonym z żelaza (Fe) i węgla (C), krzemu (Si), manganu (Mn), fosforu (P), siarki (S) i innych małych pierwiastków (Cr, V itp.). Różne struktury metalograficzne można uzyskać poprzez dostosowanie zawartości różnych pierwiastków w stali i procesie obróbki cieplnej (cztery wypalanie: hartowanie, wyżarzanie, odpuszczanie, normalizowanie), aby stal miała różne właściwości fizyczne. Struktura obserwowana pod mikroskopem metalograficznym nazywa się strukturą metalograficzną stali po pobraniu próbki, szlifowaniu, polerowaniu i trawieniu za pomocą określonego środka korozyjnego. Sekrety materiałów stalowych są ukryte w tych konstrukcjach.

        W systemie Fe-Fe3C można wytwarzać stopy żelazo-węgiel o różnych składach. Ich struktury równowagowe są różne w różnych temperaturach, ale składają się z kilku podstawowych faz (ferryt F, austenit A i cementyt Fe3C). Te podstawowe fazy są łączone w postaci mieszanin mechanicznych, tworząc bogatą i kolorową strukturę metalograficzną w stali. Istnieje osiem wspólnych struktur metalograficznych:

I. Ferryt

 Śródmiąższowy stały roztwór utworzony przez rozpuszczenie węgla w międzywęzłowej sieci a-Fe nazywa się ferrytem, który należy do struktury BCC i jest równokątnym rozkładem ziaren wielokąta, co wyraża się symbolem F. Jego struktura i właściwości są podobne do czystego żelaza. Ma dobrą plastyczność i wytrzymałość, ale jego wytrzymałość i twardość są niższe (30-100 HB). W stali stopowej jest to stałe rozwiązanie pierwiastków węglowych i stopowych w alfa-Fe. Rozpuszczalność węgla w alfa-Fe jest bardzo niska. W temperaturze AC1 maksymalna rozpuszczalność węgla wynosi 0,0218%, ale wraz ze spadkiem temperatury rozpuszczalność spada do 0,0084%. Dlatego trzeci cementyt pojawia się na granicy ziaren ferrytu w warunkach powolnego chłodzenia. Wraz ze wzrostem zawartości węgla w stali zmniejsza się liczba ferrytu i rośnie liczba perlitu. W tej chwili ferryt jest siecią i półksiężycem.

Ust.Austenit

 Śródmiąższowy stały roztwór powstały w wyniku rozpuszczenia węgla w przestrzeni śródmiąższowej sieci gamma-Fe nazywa się austenitem. Ma sześcienną strukturę skoncentrowaną na powierzchni i jest fazą wysokotemperaturową, którą reprezentuje symbol A. Austenit ma maksymalną rozpuszczalność 2.11% C w 1148 ° C i stały roztwór 0,77% C w 727 C. Jego wytrzymałość i twardość wynoszą wyższa niż ferryt, jego plastyczność i wytrzymałość są dobre i nie mają właściwości magnetycznych. Jego specyficzne właściwości mechaniczne są związane z zawartością węgla i wielkością ziarna, ogólnie 170-220 HBS, = 40-50%. Stal TRIP to stal opracowana na podstawie dobrej plastyczności i elastyczności austenitu. Transformacja indukowana odkształceniem i indukowana transformacją plastyczność zatrzymanego austenitu są wykorzystywane do poprawy plastyczności blachy stalowej i odkształcalności blachy stalowej. Austenit w stalach konstrukcyjnych węglowych lub stopowych podczas chłodzenia przechodzi w inne fazy. Dopiero po nawęglaniu i hartowaniu w wysokiej temperaturze stali wysokowęglowych i stali nawęglanych austenit może pozostać w szczelinie martenzytycznej, a jego struktura metalograficzna jest biała, ponieważ nie jest łatwo ulegać erozji.

Ⅲ. Cementyt

 Cementyt jest związkiem metalu syntetyzowanym przez pewien udział węgla i żelaza. Wzór cząsteczkowy Fe3C pokazuje, że jego zawartość węgla wynosi 6.69%, a (Fe, M) 3C powstaje w stopie. Cementyt jest twardy i kruchy, jego plastyczność i udarność są prawie zerowe, jego kruchość jest bardzo wysoka, a jego twardość wynosi 800HB. W żelazie i stali dystrybucja jest zwykle sieciowa, półsieciowa, płatkowa, płatkowa igłowa i granulowana.

 IV. Perlit

 Perlit jest mechaniczną mieszanką ferrytu i cementytu, wyrażoną symbolem P. Jego właściwości mechaniczne są pomiędzy ferrytem i cementytem, o wysokiej wytrzymałości, umiarkowanej twardości i pewnej plastyczności. Pearlit jest produktem transformacji eutektoidy w stali. Jego morfologia polega na tym, że ferryt i cementyt są ułożone warstwami jak odciski palców. Zgodnie z rozkładem węglików można go podzielić na dwa rodzaje: perłowy płatek i perłowy kulisty.

 za. Płatek perlitu: Można go podzielić na trzy rodzaje: gruby płatek, średni płatek i drobny płatek.

b. Sferyczny perlit: otrzymany przez sferoidyzację wyżarzania cementit jest sferoidyzowany i rozprowadzany na matrycy ferrytowej. wielkość sferoidów cementytowych zależy od sferoidyzującego procesu wyżarzania, szczególnie szybkości chłodzenia. Sferyczny perlit można podzielić na cztery typy: gruboziarnisty, kulisty, drobno sferyczny i punktowy.

V. Bainit

Bainit jest produktem przemiany austenitu poniżej strefy transformacji perlitu i powyżej punktu MS w strefie średniej temperatury. Bainit to mechaniczna mieszanina ferrytu i cementytu, struktura między perlitem i martenzytem, wyrażona symbolem B. W zależności od temperatury formowania można go podzielić na granulowany bainit, górny bainit (górna B) i dolny bainit (dolna B). Granulowany bainit ma niską wytrzymałość, ale dobrą wytrzymałość. niższy bainit ma zarówno wysoką wytrzymałość, jak i dobrą wytrzymałość. granulowany bainit ma najgorszą wytrzymałość. Morfologia bainitu jest zmienna. Ze względu na charakterystykę kształtu bainit można podzielić na trzy typy: pióro, igła i granulat.

za. Górny bainit:

Górny bainit charakteryzuje się równoległym ułożeniem ferrytu taśmowego, z cienkim pasmem (lub krótkim prętem) cementytem równoległym do osi igły ferrytowej, piórkowaty.

b. Dolny bainit:

drobny płatek igłowy, o określonej orientacji, bardziej podatny na erozję niż hartowany martenzyt, bardzo podobny do hartowanego martenzytu, bardzo trudny do odróżnienia pod mikroskopem świetlnym, łatwy do odróżnienia pod mikroskopem elektronowym. węglik wytrąca się w ferrycie iglastym, a jego orientacja wyrównania wynosi 55-60 stopni z długą osią blachy ferrytowej, dolny bainit nie zawiera bliźniaków, występuje więcej przemieszczeń.

do. Granulowany bainit:

Ferryt o wielokątnym kształcie i wielu nieregularnych wyspowych strukturach. Gdy austenit stali jest schładzany do nieco wyższej temperatury niż temperatura formowania górnego bainitu, niektóre atomy węgla wytrąconego ferrytu migrują z ferrytu do austenitu przez granicę faz ferryt / austenit, co sprawia, że austenit jest nierównomiernie bogaty w węgiel, co ogranicza przemianę austenit na ferryt. Te regiony austenitu są na ogół wyspowe, ziarniste lub paskowe, rozmieszczone na matrycy ferrytowej. Podczas ciągłego chłodzenia, zgodnie ze składem austenitu i warunkami chłodzenia, austenit w poręczach zbożowych może ulegać następującym zmianom.

(i) Rozkład na ferryt i węglik w całości lub w części. Pod mikroskopem elektronowym widoczne są węgliki ziarniste, prętowe lub w małych blokach z dyspersyjnym wielokierunkowym rozkładem.

(ii) częściowe przekształcenie w martenzyt, który jest całkowicie żółty pod mikroskopem świetlnym.

(iii) nadal zachowuje austenit bogaty w węgiel.

Węgliki ziarniste są rozprowadzane na matrycy ferrytowej granulowanego bainitu (struktura wyspy była pierwotnie bogatym w węgiel austenitem, który po schłodzeniu rozkładał się na ferryt i węglik lub przekształcał się w martenzyt lub pozostawiał cząstki austenitu bogate w węgiel). Pióro bainitowe, matryca ferrytowa, węglik pasków wytrącony na brzegu blachy ferrytowej. Dolny bainit, ferryt igiełkowy z małym węglikiem płatkowym, węglik płatkowy w ferrycie długiej osi ma kąt około 55 ~ 60 stopni. 

VI. TKANKA WEISHERA

Struktura Widmanstatten jest rodzajem przegrzanej struktury, która składa się z igieł ferrytowych przecinających się o około 60 stopni i osadzonych w stalowej matrycy. Gruboziarnista struktura Widmanstatten zmniejsza plastyczność i wytrzymałość stali oraz zwiększa jej kruchość. W stali hipoutektoidalnej grube ziarna powstają w wyniku przegrzania i gwałtownie wytrącają się podczas chłodzenia. Dlatego oprócz wytrącania sieci wzdłuż granicy ziaren austenitu niektóre ferryty powstają z granicy ziaren na ziarno zgodnie z mechanizmem ścinania i oddzielnie wytrącają się w igły. Struktura tego rozkładu nazywa się strukturą Widmanstatten. Po schłodzeniu przegrzanej stali supereutektoidalnej cementyt rozciąga się również od granicy ziarna do ziarna i tworzy strukturę Widmanstattena.

Art.Martensite

Przesycony stały roztwór węgla w alfa-Fe nazywa się martenzytem. Martenzyt ma wysoką wytrzymałość i twardość, ale jego plastyczność jest słaba, prawie zerowa. Nie może znieść obciążenia udarowego wyrażonego symbolem M. Martenzyt jest produktem szybkiego chłodzenia schłodzonego austenitu i przekształcenia trybu ścinania między punktami MS i Mf. W tej chwili węgiel (i pierwiastki stopowe) nie mogą dyfundować w czasie, tylko od siatki (środek powierzchni) gamma-Fe do sieci (środek ciała) alfa-Fe, to znaczy roztworu stałego (austenitu) węgiel w gamma-Fe do stałego roztworu węgla w alfa-Fe. Dlatego transformacja martenzytu opiera się na cechach metalograficznych martenzytu, które można podzielić na martenzyt łaty (niskoemisyjny) i martenzyt igiełkowy.

za. martenzyt listew:

znany również jako martenzyt o niskiej zawartości węgla. Drobne paski martenzytu o mniej więcej tym samym rozmiarze są wyrównane równolegle, tworząc wiązki martenzytu lub domeny martenzytu. różnica orientacji między domenami i domenami jest duża, a prymitywne ziarno austenitu może tworzyć kilka domen o różnych orientacjach. Z powodu wysokiej temperatury tworzenia martenzytu łaty zjawisko samozaprawiania nieuchronnie wystąpi w procesie chłodzenia, a węgliki wytrącą się w utworzonym martenzycie, więc jest on podatny na erozję i ciemnienie.

 b. igiełkowy martenzyt:

znany również jako martenzyt płatkowy lub martenzyt wysokowęglowy, jego podstawowe cechy to: pierwszy arkusz martenzytu utworzony w ziarnie austenitu jest stosunkowo duży, często w całym ziarnie, ziarno austenitu jest podzielone, tak że rozmiar powstałego później martenzytu jest ograniczony , więc wielkość płatków martenzytu jest różna, nieregularny rozkład. Igiełkowy martenzyt powstaje w pewnym kierunku. W igle martenzytowej znajduje się środkowy grzbiet. Im wyższa zawartość węgla, tym bardziej oczywisty jest martenzyt. Jednocześnie między martenzytem zachował się biały austenit.

 do. Martenzyt utworzony po hartowaniu może również tworzyć trzy specjalne struktury metalograficzne po odpuszczeniu:

(i) Hartowany martenzyt:

kompozyt z blach martenzytu powstałych podczas hartowania (o strukturze krystalicznej czworokątnego środka bryły), który rozkłada się w pierwszym etapie odpuszczania, w którym następuje rozpuszczenie węgla w postaci węglików przejściowych, oraz bardzo drobnych blach z węglików przejściowych rozproszonych w ciele stałym macierz roztworów (której struktura krystaliczna zmieniła się w sześcian skupiony na ciele) (połączenie z matrycą jest interfejsem koherentnym) Struktura fazowa. ten rodzaj struktury nie potrafi rozróżnić swojej wewnętrznej struktury nawet przy maksymalnym powiększeniu pod mikroskopem metalograficznym (optycznym), widzi jedynie, że cała jej struktura jest czarną igłą (kształt czarnej igły jest w zasadzie taki sam jak igła biała uformowana podczas hartowania). Ten rodzaj czarnej igły nazywa się „hartowanym martenzytem”.

(ii) Hartowany troostyt:

produkt hartowanego martenzytu odpuszczanego w średniej temperaturze, charakteryzującego się stopniowym zanikaniem iglicowego kształtu martenzytu, ale wciąż mało widocznym (stal stopowa zawierająca chrom, jego temperatura rekrystalizacji ferrytu stopowego jest wyższa, więc nadal zachowuje kształt igły), węgliki strącone są małe , trudne do odróżnienia pod mikroskopem świetlnym, cząstki węglika można zobaczyć tylko pod mikroskopem elektronowym, biegunem Podatnym na erozję i czernienie tkanek. Jeśli temperatura odpuszczania jest wyższa lub utrzymywana przez dłuższy czas, igły będą białe. W tym czasie węgliki zostaną skoncentrowane na krawędzi igieł, a twardość stali będzie nieco niższa, a wytrzymałość spadnie.

(iii) temperowany sorbit:

produkt hartowanego martenzytu odpuszczanego w wysokiej temperaturze. Jego cechy charakterystyczne: drobnoziarniste węgliki są rozmieszczone na matrycy sorbitu, co można wyraźnie odróżnić pod mikroskopem świetlnym. Ten rodzaj struktury, znany również jako struktura kondycjonowana, ma dobre połączenie siły i wytrzymałości. Im drobniejsze są węgliki drobnego ferrytu, tym wyższa twardość i wytrzymałość oraz gorsza wytrzymałość. wręcz przeciwnie, im niższa twardość i wytrzymałość, i tym wyższa wytrzymałość.

Ⅷ.Ledeburyt

Mieszaniny eutektyczne w stopach FERROCARBON, tj. ciekłe stopy FERROCARBON o udziale masowym węgla (zawartość węgla) 4,3%, nazywane są ledeburytem, gdy mechaniczne mieszaniny austenitu i cementytu krystalizują jednocześnie z cieczy w temperaturze 1480 stopni Celsjusza. Ponieważ austenit przechodzi w perlit w temperaturze 727 C, ledeburyt składa się z perlitu i cementytu w temperaturze pokojowej. W celu odróżnienia ledeburytu powyżej 727 C nazywamy ledeburytem wysokotemperaturowym (Ld), a ledeburyt poniżej 727 C nazywamy ledeburytem niskotemperaturowym (L'd). Właściwości ledeburytu są podobne do cementytu o dużej twardości i słabej plastyczności.