§ 4

§ 4. МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ И ОТПУСКА

Мартенсит и продукты его отпуска. Под оптическим микроскопом мартенсит имеет светлое игольчатое строение (фиг. 40), чем мельче иглы мартенсита, тем выше его свойства. Под электронным микроскопом мартенсит (фиг. 41, а) имеет однородную структуру твердого раствора.

Мартенсит является структурой закаленной стали и представляет собой пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в α-железе с тетрагональной решеткой.

При невысокой температуре отпуска (120, 180, 200°) электронная микроструктура отпущенного при этих температурах мартенсита (фиг. 41,6, в, г) уже показывает в его структуре выделения мельчайших частичек, в остаточном аустените, устойчивом до 260°, таких частичек не наблюдается. Отпущенный мартенсит — уже не однородный твердый раствор, а механическая смесь частичек ε-карбида и низкоуглеродистого мартенсита.

При температуре отпуска 260° заканчивается превращение остаточного аустенита в отпущенный мартенсит и он исчезает из электронной микроструктуры (фиг. 41,5).

Дальнейшее повышение температур отпуска до 320° вызывает образование троостита отпуска, электронная микроструктура которого (фиг. 41, е) обнаруживает уже частички цементита.

Сравнение продуктов изотермического превращения аустенита с продуктами отпуска мартенсита. На фиг. 42 приведены характерные примеры оптических и электронных микроструктур продуктов изотермического превращения аустенита стали с 0,8% С [32].

Под оптическим микроскопом троостит закалки наблюдается в виде очень темных сфероидов (фиг. 43, а), а троостит отпуска в виде темной игольчатой структуры (фиг. 43, в).

Под электронным же микроскопом эта разница обнаруживается еще ярче: троостит закалки имеет ясно выраженную пластинчатую структуру (фиг. 43, б), а в структуре троостита отпуска наблюдаются зернышки и характерные короткие пластинки цементита (фиг. 43, г).

Под оптическим микроскопом сорбит закалки имеет тонкопластинчатую структуру (фиг. 44, а), а сорбит отпуска—светлую игольчатую (фиг. 44, в).

Под электронным микроскопом в сорбите закалки (фиг. 44, б) наблюдаются крупные пластинки цементита; в сорбите же отпуска частички цементита имеют зернистую или близкую к зернистой форму (фиг. 44, г).

Бейнит. Верхний бейнит под оптическим микроскопом имеет типичную темную перистую структуру (фиг. 45, а), а нижний бейнит - игольчатую (фиг. 45, б).

Под электронным микроскопом верхний бейнит, образовавшийся при 370°, имеет структуру (фиг. 46, а), состоящую из ферритной основы и внедренных в нее коротких пластинок с округлыми краями и зернышек твердого структурного элемента.

Электронная микроструктура нижнего бейнита (фиг. 46, б), состоит из низкоуглеродистой мартенситной основы с внедренными в нее более мелкими, чем у верхнего бейнита, зернышками и более короткими пластинками из твердого структурного элемента.

Мартенсит и остаточный аустенит. Микроструктура закаленной высокоуглеродистой легированной стали (фиг. 47, а) состоит из темных игл мартенсита и светлых полей аустенита.

Мартенсит и феррит. Микроструктура стали, нагретой для закалки выше нижней критической точки Aci (723°), но ниже Ас3, когда феррит не мог полностью раствориться в аустените, после закалки состоит (фиг. 47, б) из мартенсита и сетки феррита.

Мартенсит и троостит закалки. Присутствие троостита закалки в мартенсите у структуры закаленной стали (фиг. 47, в) указывает на недостаточную скорость охлаждения при закалке, например в теплой воде, и может послужить причиной брака из-за низкой твердости закаленных изделий.

Эталоны микроструктуры стали для термической обработки. Для количественной оценки микроструктуры стали, предназначаемой для термической обработки, приведены: шкала величины зерна стали по ГОСТу 5639-51 (фиг. 48, а); укрупненная шкала игольчатости мартенсита (фиг. 48, б); укрупненная шкала для соотношения мартенсита и тровстита закалки (фиг. 48,в).

Фиг 40. Мартенсит; X 1000. Светлая игольчатая структура закаленной стали.

Фиг. 41. Кинетика изменения микроструктуры мартенсита эвтектоидной стали при отпуске; х20000 [33]: а — мартенсит до отпуска; 6 — отпущенный мартенсит (1 час при 120°); в — отпущенный маотенсит (1 час при 180о);

г - отпущенный маотенсит (1 час при 200о); д - троостит отпуска (1 час при 260о); е - троостит отпуска (1 час при 320о).

а) б)
Фиг. 43. Троостит [33], [38]: а - троостит закалки; х1000; справа вверху - то же; х15000; б - троостит отпуска; х1000; справа вверху - то же; х15000.

Фиг. 44. Сорбит: а - сорбит закалки; х1000; справа вверху - то же; х15 000 (А. В. Смирнова); б - сорбит отпуска; х15 000; справа вверху - то же; х15 000 (А. В. Смирнова).

Фиг. 45. Бейнит; х1000: а — верхний (перистый) бейнит; б — нижний (игольчатый) бейнит.

Фиг. 46. Электронные микроструктуры бейнита; х15000 [33]: а - верхний (перистый) бейнит; б - нижний игольчатый бейнит.

Фиг. 47. Микроструктура стали после закалки, вызывающие пониженную твердость; х500; а - отпущенный мартенсит и остаточный аустенит в высокоуглеродистой легированной стали; б - мартенсит и феррит в доэвтектичекой стали; в - мартенсит и троостит закалки.

Фиг. 48. Микроструктура стали после термической обработки: а - шкала эталонов для измерения длины игол мартенсита (по ГОСТу 8233-56); х1000; б - шкала эталонов для определения соотношения площадей мартенсита и троостита закалки (по ГОСТу 8233-56); х500; в, г, д, е, ж, з - мартенсит и продукты его отпуска (при постепенном возрастании температуры отпуска 0, 200, 400, 500, 600, 700о); х500.