Характеристика структурних складових сталі в рівноважному стані.

Під рівноважним станом сплаву розуміють такий стан, коли всі фазові перетворення в сплаві завершились. Для визначення фаз та структурних складових залізовуглецевих сплавів в рівноважному стані використовується діаграма залізо – вуглець.

Структурні складові вуглецевої сталі після повного відпалу її наступні:

Ферит – твердий розчин вуглецю в α-залізі, продукт дифузійного перетворення аустеніту при охолодженні його нижче температур лінії GS.

Розмір зерен ферриту залежить в значній мірі від швидкості охолодження аустеніту. При збільшенні під мікроскопом ферит спостерігається у вигляді світлих зерен неоднакової яскравості. Розчинність вуглецю в фериті може сягати 0,02% і змінюється зі зміною температури сталі. Ферит є пластичною складовою структури; його відносне видовження сягає 50 %, а твердість не перевищує НВ 160.

Цементит – хімічна сполука вуглецю із залізом (карбід заліза Fе₃С).

Під мікроскопом цементит спостерігається у вигляді пластин, дрібних зерен та інших структурних складових перліту чи фериту. Цементит травиться реактивами повільніше ніж ферит, тому він як би стає вищим за ферит і під мікроскопом у відбитому світлі спостерігається більш світлим. Для того щоб цементит більше відрізнявся від фериту сталевий зразок травлять пікритом натрію. Цементит отримує темний колір. Цементит є самою твердою складовою структури сталі. Його твердість сягає НВ 800, але пластичність наближається до нуля. Тому зі збільшенням цементиту в структурі сталі, її твердість зростає а пластичність знижується.

Перліт – механічна суміш цементиту та фериту, утворюється під час повільного охолодження аустеніту.

При виготовленні шліфа зерна цементиту, як більш твердого, зшліфовуються менше і виступають над основною масою перліту. Під мікроскопом спостерігаються світлі і темні смужки. Перліт може мати пластинчасту форму, в якій цементит і ферит мають форму пластин та зернисту форму, коли цементит має форму зерен, розміщених в фериті. Границі зерен і пластин спостерігаються у вигляді темних ліній, які утворюються тінями від виступаючих частинок цементиту.

На властивості сталі суттєво впливають форма і розміри цементитних частинок. Так зернистий перліт (НВ 160…220) більш пластичний, але має меншу твердість, ніж пластинчастий (НВ 250…300). Якщо розмір цементитних зерен дуже малий, то перліт спостерігається у вигляді темних зерен, а окремі зерна чи пластинки цементиту не виділяються.

Структура у відпалених доевтектоїдних сталей (містять до 0,8 % вуглецю) представляє собою ферит та перліт. Під мікроскопом зерна фериту спостерігаються більш світлими, а зерна перліту – темнішими. Зі збільшенням вмісту вуглецю кількість зерен перліту збільшується, зростає твердість та міцність сталі, але знижується пластичність.

Відпалені евтектоїдні сталі (містять 0,8 % вуглецю) повністю складаються з пластинчастого або зернистого перліту. Твердість та міцність евтектоїдних сталей вища ніж доевтектоїдних, але пластичність менша.

Структура відпалених заевтектоїдних сталей являє собою перліт + цементит вторинний. Цей цементит спостерігається у вигляді невеликих світлих зерен або у вигляді світлої сітки на границях зерен перліту.