Определение неравновесных структур

Микроанализ выявляет структуры сплавов в неравновесном состоянии, в котором многие сплавы применяются в технике. На рис. 4 представлена микроструктура стали с 0,40% С в равновесном (после отжига) и неравновесном состояниях: после нагрева до 750° С и быстрого охлаждения (неполная закалка) и после нагрева до 840° С и быстрого охлаждения (полная закалка). Быстрое охлаждение позволило получить неравновесную структуру и, кроме того, характеризовать превращения, происхо-

дящие в стали при нагреве. Микроанализ отчетливо показывает, что в результате нагрева до 750° С, т. е. выше критической точки Ас₁, но ниже точки Ас₃, в стали произошло частичное превращение; вместо тем­ной (т. е. более сильнотравящейся при микроисследовании) состав­ляющей — перлита и частично светлой - феррита образовалась новая структура — мартенсит, но часть светлой (т. е. менее сильнотравящейся) составляющей — феррита осталась без изменения. В то же время при более высоком нагреве (до 840° С, т. е. выше критической точки Ас₃)произошло полное превращение: образовалась новая структура — мартенсит.

Рис. 4. Микроструктура углеродистой стали (0,4% С): а – после отжига, структура феррит + перлит, Х 200; б – после неполной закалки с 750 ⁰С в воде, структура феррит + мартенсит, Х 500; в - после полной закалки с 840⁰С в воде, структура мартенсит, Х 200

Образование в закаленной стали структуры мартенсита, обнаруживаемое микроанализом, резко изменяет свойства, в частности повышает прочность, твердость и значительно уменьшает пластичность и вязкость. При низком отпуске (при 200—250° С) закаленной стали ее микроструктура изменяется, но после нагрева выше 300-350° С микроанализ обнаруживает еще большие изменения, свя­занные с распадом твердого раствора (мартенсита) и коагуляцией цементита. Поэтому микроанализ позволяет судить о тех значительных и важных для практики изменениях механических и физических свойств стали, которые вызывают эти превращения.

Однако микроанализ, обнаруживая в закаленной стали характерное внешне игольчатое строение мартенсита (см. рис. 4), отличающее его от

других структурных составляющих стали, не позволяет определить природу этой фазы.

Микроанализ не позволяет также характеризовать структуру неравновесного сплава в тех случаях, когда избыточные фазы еще не отделились от основной фазы или когда выделения избыточной фазы являются чрезвычайно мелкими (субмикроскопическими), т. е. не могут быть обнаружены при данной разрешающей способности микроскопа. В частности, это относится к процессам, происходящим при старении или низком отпуске закаленного сплава. Данные о структуре таких сплавов дает электронная микроскопия и рентгеновский анализ.