Nowoczesne materia?y mo?na podzieli? na cztery kategorie: metale, polimery, ceramika i materia?y kompozytowe. Pomimo szybkiego rozwoju materia?ów makrocz?steczkowych stal jest nadal najszerzej stosowanym i najwa?niejszym materia?em w obecnej technologii in?ynierskiej. Jakie czynniki decyduj? o dominuj?cej pozycji materia?ów stalowych? Teraz przedstawmy to szczegó?owo.

?elazo i stal s? wydobywane z rudy ?elaza, bogatej w ?ród?a i niskiej cenie. ?elazo i stal, znane równie? jako stop ?elazo-w?giel, jest stopem z?o?onym z ?elaza (Fe) i w?gla (C), krzemu (Si), manganu (Mn), fosforu (P), siarki (S) i innych ma?ych pierwiastków (Cr, V itp.). Ró?ne struktury metalograficzne mo?na uzyska? poprzez dostosowanie zawarto?ci ró?nych pierwiastków w stali i procesie obróbki cieplnej (cztery wypalanie: hartowanie, wy?arzanie, odpuszczanie, normalizowanie), aby stal mia?a ró?ne w?a?ciwo?ci fizyczne. Struktura obserwowana pod mikroskopem metalograficznym nazywa si? struktur? metalograficzn? stali po pobraniu próbki, szlifowaniu, polerowaniu i trawieniu za pomoc? okre?lonego ?rodka korozyjnego. Sekrety materia?ów stalowych s? ukryte w tych konstrukcjach.

        W systemie Fe-Fe3C mo?na wytwarza? stopy ?elazo-w?giel o ró?nych sk?adach. Ich struktury równowagowe s? ró?ne w ró?nych temperaturach, ale sk?adaj? si? z kilku podstawowych faz (ferryt F, austenit A i cementyt Fe3C). Te podstawowe fazy s? ??czone w postaci mieszanin mechanicznych, tworz?c bogat? i kolorow? struktur? metalograficzn? w stali. Istnieje osiem wspólnych struktur metalograficznych:

I. Ferryt

 ?ródmi??szowy sta?y roztwór utworzony przez rozpuszczenie w?gla w mi?dzyw?z?owej sieci a-Fe nazywa si? ferrytem, który nale?y do struktury BCC i jest równok?tnym rozk?adem ziaren wielok?ta, co wyra?a si? symbolem F. Jego struktura i w?a?ciwo?ci s? podobne do czystego ?elaza. Ma dobr? plastyczno?? i wytrzyma?o??, ale jego wytrzyma?o?? i twardo?? s? ni?sze (30-100 HB). W stali stopowej jest to sta?e rozwi?zanie pierwiastków w?glowych i stopowych w alfa-Fe. Rozpuszczalno?? w?gla w alfa-Fe jest bardzo niska. W temperaturze AC1 maksymalna rozpuszczalno?? w?gla wynosi 0,0218%, ale wraz ze spadkiem temperatury rozpuszczalno?? spada do 0,0084%. Dlatego trzeci cementyt pojawia si? na granicy ziaren ferrytu w warunkach powolnego ch?odzenia. Wraz ze wzrostem zawarto?ci w?gla w stali zmniejsza si? liczba ferrytu i ro?nie liczba perlitu. W tej chwili ferryt jest sieci? i pó?ksi??ycem.

Ust.Austenit

 ?ródmi??szowy sta?y roztwór powsta?y w wyniku rozpuszczenia w?gla w przestrzeni ?ródmi??szowej sieci gamma-Fe nazywa si? austenitem. Ma sze?cienn? struktur? skoncentrowan? na powierzchni i jest faz? wysokotemperaturow?, któr? reprezentuje symbol A. Austenit ma maksymaln? rozpuszczalno?? 2.11% C w 1148 ° C i sta?y roztwór 0,77% C w 727 C. Jego wytrzyma?o?? i twardo?? wynosz? wy?sza ni? ferryt, jego plastyczno?? i wytrzyma?o?? s? dobre i nie maj? w?a?ciwo?ci magnetycznych. Jego specyficzne w?a?ciwo?ci mechaniczne s? zwi?zane z zawarto?ci? w?gla i wielko?ci? ziarna, ogólnie 170-220 HBS, = 40-50%. Stal TRIP to stal opracowana na podstawie dobrej plastyczno?ci i elastyczno?ci austenitu. Transformacja indukowana odkszta?ceniem i indukowana transformacj? plastyczno?? zatrzymanego austenitu s? wykorzystywane do poprawy plastyczno?ci blachy stalowej i odkszta?calno?ci blachy stalowej. Austenit w stalach konstrukcyjnych w?glowych lub stopowych podczas ch?odzenia przechodzi w inne fazy. Dopiero po naw?glaniu i hartowaniu w wysokiej temperaturze stali wysokow?glowych i stali naw?glanych austenit mo?e pozosta? w szczelinie martenzytycznej, a jego struktura metalograficzna jest bia?a, poniewa? nie jest ?atwo ulega? erozji.

Ⅲ. Cementyt

 Cementyt jest zwi?zkiem metalu syntetyzowanym przez pewien udzia? w?gla i ?elaza. Wzór cz?steczkowy Fe3C pokazuje, ?e jego zawarto?? w?gla wynosi 6.69%, a (Fe, M) 3C powstaje w stopie. Cementyt jest twardy i kruchy, jego plastyczno?? i udarno?? s? prawie zerowe, jego krucho?? jest bardzo wysoka, a jego twardo?? wynosi 800HB. W ?elazie i stali dystrybucja jest zwykle sieciowa, pó?sieciowa, p?atkowa, p?atkowa ig?owa i granulowana.

 IV. Perlit

 Perlit jest mechaniczn? mieszank? ferrytu i cementytu, wyra?on? symbolem P. Jego w?a?ciwo?ci mechaniczne s? pomi?dzy ferrytem i cementytem, o wysokiej wytrzyma?o?ci, umiarkowanej twardo?ci i pewnej plastyczno?ci. Pearlit jest produktem transformacji eutektoidy w stali. Jego morfologia polega na tym, ?e ferryt i cementyt s? u?o?one warstwami jak odciski palców. Zgodnie z rozk?adem w?glików mo?na go podzieli? na dwa rodzaje: per?owy p?atek i per?owy kulisty.

 za. P?atek perlitu: Mo?na go podzieli? na trzy rodzaje: gruby p?atek, ?redni p?atek i drobny p?atek.

b. Sferyczny perlit: otrzymany przez sferoidyzacj? wy?arzania cementit jest sferoidyzowany i rozprowadzany na matrycy ferrytowej. wielko?? sferoidów cementytowych zale?y od sferoidyzuj?cego procesu wy?arzania, szczególnie szybko?ci ch?odzenia. Sferyczny perlit mo?na podzieli? na cztery typy: gruboziarnisty, kulisty, drobno sferyczny i punktowy.

V. Bainit

Bainit jest produktem przemiany austenitu poni?ej strefy transformacji perlitu i powy?ej punktu MS w strefie ?redniej temperatury. Bainit to mechaniczna mieszanina ferrytu i cementytu, struktura mi?dzy perlitem i martenzytem, wyra?ona symbolem B. W zale?no?ci od temperatury formowania mo?na go podzieli? na granulowany bainit, górny bainit (górna B) i dolny bainit (dolna B). Granulowany bainit ma nisk? wytrzyma?o??, ale dobr? wytrzyma?o??. ni?szy bainit ma zarówno wysok? wytrzyma?o??, jak i dobr? wytrzyma?o??. granulowany bainit ma najgorsz? wytrzyma?o??. Morfologia bainitu jest zmienna. Ze wzgl?du na charakterystyk? kszta?tu bainit mo?na podzieli? na trzy typy: pióro, ig?a i granulat.

za. Górny bainit:

Górny bainit charakteryzuje si? równoleg?ym u?o?eniem ferrytu ta?mowego, z cienkim pasmem (lub krótkim pr?tem) cementytem równoleg?ym do osi ig?y ferrytowej, piórkowaty.

b. Dolny bainit:

drobny p?atek ig?owy, o okre?lonej orientacji, bardziej podatny na erozj? ni? hartowany martenzyt, bardzo podobny do hartowanego martenzytu, bardzo trudny do odró?nienia pod mikroskopem ?wietlnym, ?atwy do odró?nienia pod mikroskopem elektronowym. w?glik wytr?ca si? w ferrycie iglastym, a jego orientacja wyrównania wynosi 55-60 stopni z d?ug? osi? blachy ferrytowej, dolny bainit nie zawiera bli?niaków, wyst?puje wi?cej przemieszczeń.

do. Granulowany bainit:

Ferryt o wielok?tnym kszta?cie i wielu nieregularnych wyspowych strukturach. Gdy austenit stali jest sch?adzany do nieco wy?szej temperatury ni? temperatura formowania górnego bainitu, niektóre atomy w?gla wytr?conego ferrytu migruj? z ferrytu do austenitu przez granic? faz ferryt / austenit, co sprawia, ?e austenit jest nierównomiernie bogaty w w?giel, co ogranicza przemian? austenit na ferryt. Te regiony austenitu s? na ogó? wyspowe, ziarniste lub paskowe, rozmieszczone na matrycy ferrytowej. Podczas ci?g?ego ch?odzenia, zgodnie ze sk?adem austenitu i warunkami ch?odzenia, austenit w por?czach zbo?owych mo?e ulega? nast?puj?cym zmianom.

(i) Rozk?ad na ferryt i w?glik w ca?o?ci lub w cz??ci. Pod mikroskopem elektronowym widoczne s? w?gliki ziarniste, pr?towe lub w ma?ych blokach z dyspersyjnym wielokierunkowym rozk?adem.

(ii) cz??ciowe przekszta?cenie w martenzyt, który jest ca?kowicie ?ó?ty pod mikroskopem ?wietlnym.

(iii) nadal zachowuje austenit bogaty w w?giel.

W?gliki ziarniste s? rozprowadzane na matrycy ferrytowej granulowanego bainitu (struktura wyspy by?a pierwotnie bogatym w w?giel austenitem, który po sch?odzeniu rozk?ada? si? na ferryt i w?glik lub przekszta?ca? si? w martenzyt lub pozostawia? cz?stki austenitu bogate w w?giel). Pióro bainitowe, matryca ferrytowa, w?glik pasków wytr?cony na brzegu blachy ferrytowej. Dolny bainit, ferryt igie?kowy z ma?ym w?glikiem p?atkowym, w?glik p?atkowy w ferrycie d?ugiej osi ma k?t oko?o 55 ~ 60 stopni. 

VI. TKANKA WEISHERA

Struktura Widmanstatten jest rodzajem przegrzanej struktury, która sk?ada si? z igie? ferrytowych przecinaj?cych si? o oko?o 60 stopni i osadzonych w stalowej matrycy. Gruboziarnista struktura Widmanstatten zmniejsza plastyczno?? i wytrzyma?o?? stali oraz zwi?ksza jej krucho??. W stali hipoutektoidalnej grube ziarna powstaj? w wyniku przegrzania i gwa?townie wytr?caj? si? podczas ch?odzenia. Dlatego oprócz wytr?cania sieci wzd?u? granicy ziaren austenitu niektóre ferryty powstaj? z granicy ziaren na ziarno zgodnie z mechanizmem ?cinania i oddzielnie wytr?caj? si? w ig?y. Struktura tego rozk?adu nazywa si? struktur? Widmanstatten. Po sch?odzeniu przegrzanej stali supereutektoidalnej cementyt rozci?ga si? równie? od granicy ziarna do ziarna i tworzy struktur? Widmanstattena.

Art.Martensite

Przesycony sta?y roztwór w?gla w alfa-Fe nazywa si? martenzytem. Martenzyt ma wysok? wytrzyma?o?? i twardo??, ale jego plastyczno?? jest s?aba, prawie zerowa. Nie mo?e znie?? obci??enia udarowego wyra?onego symbolem M. Martenzyt jest produktem szybkiego ch?odzenia sch?odzonego austenitu i przekszta?cenia trybu ?cinania mi?dzy punktami MS i Mf. W tej chwili w?giel (i pierwiastki stopowe) nie mog? dyfundowa? w czasie, tylko od siatki (?rodek powierzchni) gamma-Fe do sieci (?rodek cia?a) alfa-Fe, to znaczy roztworu sta?ego (austenitu) w?giel w gamma-Fe do sta?ego roztworu w?gla w alfa-Fe. Dlatego transformacja martenzytu opiera si? na cechach metalograficznych martenzytu, które mo?na podzieli? na martenzyt ?aty (niskoemisyjny) i martenzyt igie?kowy.

za. martenzyt listew:

znany równie? jako martenzyt o niskiej zawarto?ci w?gla. Drobne paski martenzytu o mniej wi?cej tym samym rozmiarze s? wyrównane równolegle, tworz?c wi?zki martenzytu lub domeny martenzytu. ró?nica orientacji mi?dzy domenami i domenami jest du?a, a prymitywne ziarno austenitu mo?e tworzy? kilka domen o ró?nych orientacjach. Z powodu wysokiej temperatury tworzenia martenzytu ?aty zjawisko samozaprawiania nieuchronnie wyst?pi w procesie ch?odzenia, a w?gliki wytr?c? si? w utworzonym martenzycie, wi?c jest on podatny na erozj? i ciemnienie.

 b. igie?kowy martenzyt:

znany równie? jako martenzyt p?atkowy lub martenzyt wysokow?glowy, jego podstawowe cechy to: pierwszy arkusz martenzytu utworzony w ziarnie austenitu jest stosunkowo du?y, cz?sto w ca?ym ziarnie, ziarno austenitu jest podzielone, tak ?e rozmiar powsta?ego pó?niej martenzytu jest ograniczony , wi?c wielko?? p?atków martenzytu jest ró?na, nieregularny rozk?ad. Igie?kowy martenzyt powstaje w pewnym kierunku. W igle martenzytowej znajduje si? ?rodkowy grzbiet. Im wy?sza zawarto?? w?gla, tym bardziej oczywisty jest martenzyt. Jednocze?nie mi?dzy martenzytem zachowa? si? bia?y austenit.

 do. Martenzyt utworzony po hartowaniu mo?e równie? tworzy? trzy specjalne struktury metalograficzne po odpuszczeniu:

(i) Hartowany martenzyt:

kompozyt z blach martenzytu powsta?ych podczas hartowania (o strukturze krystalicznej czworok?tnego ?rodka bry?y), który rozk?ada si? w pierwszym etapie odpuszczania, w którym nast?puje rozpuszczenie w?gla w postaci w?glików przej?ciowych, oraz bardzo drobnych blach z w?glików przej?ciowych rozproszonych w ciele sta?ym macierz roztworów (której struktura krystaliczna zmieni?a si? w sze?cian skupiony na ciele) (po??czenie z matryc? jest interfejsem koherentnym) Struktura fazowa. ten rodzaj struktury nie potrafi rozró?ni? swojej wewn?trznej struktury nawet przy maksymalnym powi?kszeniu pod mikroskopem metalograficznym (optycznym), widzi jedynie, ?e ca?a jej struktura jest czarn? ig?? (kszta?t czarnej ig?y jest w zasadzie taki sam jak ig?a bia?a uformowana podczas hartowania). Ten rodzaj czarnej ig?y nazywa si? ?hartowanym martenzytem”.

(ii) Hartowany troostyt:

produkt hartowanego martenzytu odpuszczanego w ?redniej temperaturze, charakteryzuj?cego si? stopniowym zanikaniem iglicowego kszta?tu martenzytu, ale wci?? ma?o widocznym (stal stopowa zawieraj?ca chrom, jego temperatura rekrystalizacji ferrytu stopowego jest wy?sza, wi?c nadal zachowuje kszta?t ig?y), w?gliki str?cone s? ma?e , trudne do odró?nienia pod mikroskopem ?wietlnym, cz?stki w?glika mo?na zobaczy? tylko pod mikroskopem elektronowym, biegunem Podatnym na erozj? i czernienie tkanek. Je?li temperatura odpuszczania jest wy?sza lub utrzymywana przez d?u?szy czas, ig?y b?d? bia?e. W tym czasie w?gliki zostan? skoncentrowane na kraw?dzi igie?, a twardo?? stali b?dzie nieco ni?sza, a wytrzyma?o?? spadnie.

(iii) temperowany sorbit:

produkt hartowanego martenzytu odpuszczanego w wysokiej temperaturze. Jego cechy charakterystyczne: drobnoziarniste w?gliki s? rozmieszczone na matrycy sorbitu, co mo?na wyra?nie odró?ni? pod mikroskopem ?wietlnym. Ten rodzaj struktury, znany równie? jako struktura kondycjonowana, ma dobre po??czenie si?y i wytrzyma?o?ci. Im drobniejsze s? w?gliki drobnego ferrytu, tym wy?sza twardo?? i wytrzyma?o?? oraz gorsza wytrzyma?o??. wr?cz przeciwnie, im ni?sza twardo?? i wytrzyma?o??, i tym wy?sza wytrzyma?o??.

Ⅷ.Ledeburyt

Mieszaniny eutektyczne w stopach FERROCARBON, tj. ciek?e stopy FERROCARBON o udziale masowym w?gla (zawarto?? w?gla) 4,3%, nazywane s? ledeburytem, gdy mechaniczne mieszaniny austenitu i cementytu krystalizuj? jednocze?nie z cieczy w temperaturze 1480 stopni Celsjusza. Poniewa? austenit przechodzi w perlit w temperaturze 727 C, ledeburyt sk?ada si? z perlitu i cementytu w temperaturze pokojowej. W celu odró?nienia ledeburytu powy?ej 727 C nazywamy ledeburytem wysokotemperaturowym (Ld), a ledeburyt poni?ej 727 C nazywamy ledeburytem niskotemperaturowym (L'd). W?a?ciwo?ci ledeburytu s? podobne do cementytu o du?ej twardo?ci i s?abej plastyczno?ci.