Структуры сталей и их свойства, классификация сталей по структуре

Структуры сталей и их свойства

Феррит — твердый раствор углерода (обычно низкой концентрации, порядка сотых долей процента) и других элементов в α-железе α — Fe (почти чистое железо α). Феррит имеет кубическую объемноцентрированную решетку. Он ферромагнитен (ниже 769 °С), мягок и пластичен.

Аустенит — твердый раствор углерода и легирующих элементов в γ-железе γ — Fe. Кристаллическая решетка — куб с центрированными гранями. Аустенит немагнитен, плотность его больше, чем плотность других составляющих стали.

Сорбит, тростит, мартенсит относятся к неравновесным структурам стали.

Сорбит — продукт превращения (распада) аустенита в интервале (районе) температур 600 — 650 °С, смесь феррита и сфероидального цемента, отличающаяся от перлита большей дисперсностью составляющих и более высокой твердостью.

Тростит — продукт превращения аустенита в интервале температур 500 — 600 °С, смесь феррита и цементита еще большей дисперсности и твердости, чем сорбит.

Мартенсит — твердый раствор углерода и других элементов в γ-железе, полученный в результате бездиффузнонного превращения. Мартенсит обладает высокой твердостью, ферромагнитен, имеет игольчатое строение — содержание углерода в мартенсите равно исходному его содержанию в аустените.

По структуре стали подразделяют на следующие классы:

  • перлитный,
  • мартенситный,
  • аустеннтный,
  • ферритный.

Если в структуре преобладают две и более фаз, то сталь разделяют на:

  • двухфазную и
  • многофазную.

Стали перлитного класса имеют невысокую устойчивость переохлажденного аустенита. При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или тростита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит и карбиды. К сталям перлитного класса относятся углеродистые и низколегированные. Эта большая группа дешевых, широко применяемых сталей для деталей машин и аппаратов, для работы при нормальной или повышенной температуре (не выше 45 °С) и в неагрессивных средах.

Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита; при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относятся средне- или высоколегированные стали.

Стали аустенитного класса из-за повышенного количества никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) имеют интервал мартенситного превращения ниже 0 °С и сохраняют аустенит при температуре 20 — 25 °С.

Для сталей ферритного класса микростроение, размеры зерна и субструктура феррита зависят от условий его образования при полиморфном γ—α превращении. При небольшом переохлаждении образуются приблизительно равноосные, полиэдрические зёрна; при больших переохлаждениях и наличии легирующих элементов (Cr, Mn, Ni) феррит возникает по мартенситному механизму и вследствие этого упрочняется. Укрупнение зёрен аустенита часто приводит к образованию при охлаждении видманштеттова феррита, особенно в литых и перегретых сталях. Выделение доэвтектоидного феррита происходит преимущественно на границах аустенитных зёрен.