/
Текст
ТИНО
олхо
ggtaoBii
Д-р техн, наук преф. Н. Ф. БОЛХОВИТИНОВ и канд. техн, нг к доц. Е. Н. БОЛХОВИТИНОВА
АТЛАС
МАКРО- И МИКРОСТРУКТУР
МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Издание 2-е, переработанное и дополненное
Допущено Министерством высшего образования СССР
в качестве учебного пособия для втузов
ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАТЕЛЬСТВО
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Москва 1959
В атласе приведены макро- и микроструктуры металлов
и сплавов, исследованных при помоши оптических микроско-
пов. В отдельных случаях для лучшего разъяснения особенно-
стей структуры стали после термической обработки приве-
дены электронные микрофотографии.
Атлас предназначен для студентов втузов в качестве учеб-
ного пособия при прохождении курса «Металловедение и тер-
мическая обработка».
Рецензент
Кафедра „Металловедение и термическая обработка"
Московского станкоинструментального института
Редактор канд. техн, наук доц. Аристов Н. П.
Редакция литературы по металлообработке и станкостроению
Зав. редакцией инж. Р. Д. БЕЙЗЕЛЬМАН
ВВЕДЕНИЕ
Исследование структуры металлов и сплавов, являющееся осно-
вой современного металловедения, осуществляется как прямыми,
так и косвенными методами.
К числу прямых методов относятся: 1) исследование макро-
структуры невооруженным глазом по виду изломов или шлифован-
ных и протравленных макрошлифов; 2) исследование микрострук-
туры при помощи оптического микроскопа с увеличением до
2000 раз, а также с применением электронного микроскопа с уве-
личением до 25 000 раз и более; 3) исследование атомно-кристалли-
ческой структуры с помощью рентгенографического анализа, позво-
ляющего различать расстояния порядка 10-8 см.
К числу косвенных методов относятся: магнитный, дилато-
метрический, электрометрический и другие физические методы
исследования, которые хотя и не дают прямого изображения струк-
туры, но все же позволяют вскрыть кинетику происходящих в ней
превращений.
Кроме того, существует ряд вспомогательных методов исследо-
вания структуры путем определения твердости и микротвердости,
механических и технологических свойств, а также проведения хими-
ческого и спектрального анализа и нр.
В настоящем атласе приведены: макроструктуры металлов
и сплавов, наблюдаемые невооруженным глазом, и большое коли-
чество микроструктур, исследованных при помощи металлографи-
ческого микроскопа, преимущественно оптического. Этот метод
исследования является наиболее распространенным в лаборато-
риях высших технических учебных заведений и особенно на произ-
водстве, где он успешно используется при разработке новых
и совершенствования существующих технологических процессов
термической обработки, а также при борьбе с браком и при рабо-
тах над улучшением качества продукции.
Одновременно приводятся также и электронные микрофотогра-
фии, позволяющие исследовать мельчайшие детали микроструктуры,
неразличимые под оптическим микроскопом.
В случае необходимости более подробные данные и дополнитель-
ные сведения для преподавателей, ведущих лабораторные занятия
по металловедению и термической обработке, можно найти в лите-
ратуре, список которой приведен на стр. 87 этого атласа [1]—[4],
[Ю]-[12], [14]-[16], [18], [19], [23], [25], [29].
Приведенные в атласе структуры стали и чугуна сфотографиро-
ваны с микрошлифов, протравленных, если нет специального указа-
ния, 4%-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте или
для выявления более тонких деталей микроструктуры — 5%-ным
раствором пикриновой кислоты в этиловом спирте.
1
ТЕХНИКА МИКРОСКОПИЧЕСКОГО АНАЛИЗА
Обширный опыт исследования микроструктуры металлов и сила
вов, особенно при больших увеличениях, например, в 500, 1000,
2000, 10 000, 20 000 раз и более, (Показал, что точность и резуль-
таты микроскопического анализа в значительной мере зависят от
техники изготовления микрошлифов [39]. Особенно ярко это про-
является при применении электронного микроскопа, когда резуль-
таты исследования могут оказаться неверными из-за плохого изго-
товления как микрошлифа, так и слепка с него.
Изготовление микрошлифа состоит из ряда последовательных
операций: вырезки образца, подготовки его поверхности, шлифова-
ния, полирования и травления.
§ 1. ВЫРЕЗКА ОБРАЗЦОВ, ИХ РАЗМЕРЫ, ЗАПРЕССОВКА
В ПЛАСТМАССУ И ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ПОДГОТОВКА
ПОВЕРХНОСТИ
Выбор места вырезки образца для изготовления микрошлифа
следует производить после осмотра исследуемого металла, осо-
бенно его макроструктуры и излома, определения твердости и тех-
нологических проб. При исследовании причин поломки той или
иной детали машины, ее износа, а также при выявлении пороков
металлов образцы (микрошлифы) следует вырезать таким образом,
чтобы сечение излома, поверхности износа или порока попали
в плоскость шлифа. При исследовании проката или поковок необ-
ходимо брать шлифы вдоль и поперек прокатки или направления
деформации при ковке. В случае исследования изделий, подвергну-
тых термической обработке (в особенности поверхностному упроч-
нению путем высокочастотной закалки), химико-термической обра-
ботке, наклепу, а также в случае исследования обезуглероженных
сталей образцы следует брать так, чтобы в плоскость шлифа
попали как поверхностные, так и срединные слои изделия.
При вырезке образцов необходимо сделать эскиз детали, отме-
тив на нем места вырезки образцов и указать, какое сечение взято
вдоль или поперек волокна металла.
4
Обычно образцы для микрошлифов отрезают ножовкой. Твердые
и хрупкие материалы можно отламывать ударами мслотка, либо
отрезать образцы при сильном охлаждении водой тонким абразив-
ным кругом; можно также отрезать образцы и электроискровым
методом. Нагрев образца при вырезке, способный вызвать отпуск
закаленных сплавов и, следовательно, изменить их структуру, дол-
жен быть исключен.
Наиболее удобными размерами образцов для изготовления
микрошлифов являются: площадь основания около 12 X 12 мм
и высота 10 мм; если шлиф цилиндрический, то при той же высоте
диаметр основания должен быть около 12 мм.
В случае особой трудности деления образца на части можно
изготовлять шлифы и больших размеров. Однако значительно ско-
рее и лучше можно изготовить четыре отдельных шлифа площадью
15X15 мм, нежели один шлиф площадью 30 X 30 мм.
При изготовлении образцов, плохо устанавливающихся на микро-
скопе или неудобных для изготовления, например малого размера,
а также при изготовлении образцов из листов или проволоки сле-
дует применять зажимы или запрессовывать образцы в прозрачную
пластмассу
Запрессовка образцов, из которых изготовляются микрошлифы,
производится с помощью небольшого ручного гидравлического
пресса (фиг. 1,а) с пресс-формой, обогреваемой электрическим
током. В поршень пресс-формы вставляется термометр. Пресс снаб-
жается дополнительным приспособлением для выпрессовки залитых
образцов (микрошлифов).
Пресс-форма (фиг. 1,6) имеет следующие основные детали:
поршень 1 с отверстием для термометра, втулку 2, шайбу 3 и опор-
ную плиту 4.
Материалом для запрессовки служит технический безэмуль-
сионный акрилатный порошок 6 с температурой плавления 80—90°,
которым засыпается образец (микрошлиф) 5.
Запрессовка образца в пластмассу производится при нагреве
примерно до 100—410° и давлении 50 кг см2; после охлаждения до
комнатной температуры залитый образец-микрошлиф выпрессовы-
вается.
Исследуемую плоскость образца опиливают напильником, при-
чем поверхность должна быть ровной, без видимых завалов. При
опиливании надо умеренно нажимать на напильник, чтобы на шлифе
не образовывались чрезмерно глубокие царапины, или плоскость
<0 б)
Фиг. 1. Пресс для запрессовки микрошлпфов в прозрачную пластмассу:
а — общий вид; б — схема пресс-формы.
шлифа предварительно шлифуют абразивным кругом (шлифы
твердых материалов — электрокорундовым абразивным кругом
средней твердости, например, С1 или С2 и средней зернистости).
Во избежание отпуска плоскости шлифа образцов из закаленной
стали необходимо при обработке шлифовальным кругом предотвра-
тить нагрев исследуемой поверхности образца выше 150°, для чего
рекомендуется непрерывно охлаждать образец водой. На фиг. 2,6
показана структура закаленной стали, изменившаяся в троостиг
отпуска (темная игольчатая структура) вследствие нагрева поверх-
ности образца выше 400°. Действительная структура была мартен-
ситной (фиг. 2, о).
а) б)
Фиг. 2. Микроструктура закаленной стали; 500, £39):
а — микрошлпф отрезан шлифовальным кругом от изделия при непрерывном охлаждении
водой; б — мнкрошлнф отрезан шлифовальным кругом от изделия без охлаждения, г. е.
на воздухе.
§ 2. ШЛИФОВАНИЕ, ПОЛИРОВАНИЕ И ПРАВЛЕНИЕ
Шлифование и полирование не должны деформировать и иска-
жать структуру на поверхности образца, разрушать и вырывать
непрочные элементы структуры, напримеп, графит и неметалличе-
ские включения в стали.
При шлифовании пользуются шлифовальной бумагой с посте-
пенно уменьшающимся размером зерна последовательно: К3100,
К3180, К3220, К3240, К3280, К3320, КЗМ20 и КЗМ14, изготовляе-
мой Ленинградским опытно-абразивным заводом (ЛОАЗ).
Бумагу кладут на плоскую чугунную плиту или толстое шлифо-
ванное стекло размером не меньше листа шлифовальной бумаги.
При изготовлении большого количества шлифов шлифование можно
производить на станках, при этом бумагу наклеивают на горизон-
тальные металлические диски диаметром 250—300 мм, вращаемые
электродвигателем с числом оборотов 600—-700 в минуту.
При шлифовании необходимо обращать особое внимание на то.
чтобы нажчм на образец был плавным и вся его поверхность пол-
ностью соприкасалась с бумагой. Плоскость шлифа должна быть
ровной, без закругленных («заваленных») краев. Зерна абразива
одного номера бумаги ни в коем случае не должны попадать на
бумагу другого номера.
5
На шлифовальной бумаге образец следует шлифовать в напра-
влении, перпендикулярном к штрихам, оставшимся после обра-
ботки напильником или абразивным кругом, до полного исчезнове-
ния этих штрихов. Затем на бумаге следующего номера образец
шлифуют в направлении, перпендикулярном к предыдущему, также
до уничтожения прежних штрихов и т. д. Штрихи от последней
наиболее мелкозернистой бумаги, например, КЗМ14, уничтожают
окончательным шлифованием на бывшей долгое время в употреб
лении бумаге КЗМ14. Получающиеся
при этом очень тонкие и ровные
штрихи облегчают и сокращают вре-
мя последнего полирования.
Отшлифованный и промытый
образец полируют на плоском диске,
вращающемся от электродвигателя
с числом оборотов не выше 600 в ми-
нуту.
Диск должен быть покрыт туго
натянутым, плотным и мягким высоко-
качественным, с небольшим ворсом
сукном или авиационным войлоком,
либо кортным фетром, который сма-
чивают дистиллированной водой 1 со
взмученным мельчайшим порошком
окиси алюминия. Отработанную взму-
ченную окись алюминия собирают
и вновь используют для полирова-
ния. Окись алюминия должна быть
мелко измельчена, просеяна и отму-
чена. Лучше ее приготовлять мето-
дом обжига из алюмоаммиачных или
алюмоаммонийных квасцов. Обжиг
производится при 1050° в течение
4 час. в графитовых тиглях или ван-
нах из нержавеющей стали, которые
заполняются до половины, потому
что в процессе обжига объем квасцов
увеличивается в два раза. Тигли или
ванны закрывают асбестом. При обжиге необходимо иметь вытяж-
ную вентиляцию для удаления выделяющихся газов.
Порошок окиси алюминия, полученный обжигом квасцов, исполь-
зуют многократно, что обеспечивает улучшение качества полиро-
вания. Целесообразно использовать отстойник2 для отмучивания
мелкого и чистого порошка окиси а поминия, измельченного
1 Простую воду применять не рекомендуется, так как в неп могут образо-
ваться посторонние примеси в вице осадка.
2 Предложен А. Н. Червяковым.
в шаровой мельнице и просеянного через сита. Hi большое количе-
ство порошка, взболтанного с водой, постепенно вливают через
воронку 1 в стеклянный прибор (фиг. 3). Через трубку 2 в прибор
поступает непрерывный поток воды из водопровода или бака; ско-
рость потока воды регулируют краном или зажимом. Поток воды
увлекает взвешенные частицы окиси алюминия; самые крупные из
них осетают в баллоне «3, а более мелкие—-в баллоне 4. Частицы
требуемой степени зернистости собираются в бутыль через трубку 5.
Отмученный порошок пропускают еще один-два раза через прибор,
Крупные частицы можно снова перемалывать.
а) б)
Фиг 4. Влияние пленки деформированного металла на микроструктуру; X 1U00 [391:
а — при первоначальном (однократном) травлении наблюдается замедленное действие реак
тива к искажение микроструктуры; и — то же, после лереполнровапия и повторного травле-
ния — обнаруживается истинная микроструктура.
Кроме наиболее часто применяемой окиси алюминия, для поли-
рования микрошлифов мягких металлов применяют окись магния,
а в заводских лабораториях (при полировании шлифов из стали
и чугуна)—окись хрома, которая дает несколько худшие резуль-
таты, чем окись алюминия.
При изготовлении микрошлифов из твердых сплавов применяют
алмазную пыль, которая является наилучшим полировочным мате-
риалом.
При полировании микрошлиф слегка прижимают к поверхности
диска, чтобы он касался ее всей своей плоскостью, и постепенно
поворачивают. Частички окиси алюминия должны срезать риски
на поверхности микрошлифа, а не стирать и замазывать деформи
6
роваиным металлом поверхность микрошлифа; особенно это важно
при полировании мягкого материала. При полировании алюминия
рекомендуется применять суспензию полировального порошка
в мыльном растворе.
Процесс полирования зависит от твердости, восприимчивости
к наклепу и других особенностей материала, но не должен продол-
и) б)
Фиг. 5 Сравнение травления спиртовыми растворами; < 1000 IЗУ 1
•1 — равномерное — 5%-ныч раствором пикриновой кислоты; б — неравномерное — 4%-ным
раствором азотной кислоты.
жаться более 3—5 мин., пока не исчезнут последние штрихи, остав-
шиеся после шлифования. При более продолжительном полирова-
нии на поверхности мнкрошлифа получаются выбоины, непрочные
элементы микроструктуры выкрашиваются, а вся поверхность
покрывается мелкокристаллической пленкой деформированного,
перемешанного с оксидами и нитридами металла, который плохо
поддается травлению
Такая пленка (фиг. 4,а), искажающая внешний вид микро-
структуры металла, может быть удалена последующим травлением
и полированием, после которого обнаруживается действительная
структура металла (фиг. 4, б)
При исследовании графитных или других неметаллических
включений они наблюдаются под микроскопом на поверхности
микрошлифов до травления обычно при увеличении в 100 раз,
в большинстве же случаев микроструктура металлов и сплавов
выявляется только после химического травления.
Для выявления микроструктуры стали, чугуна и цветных спла-
вов путем химического травления применяют различные реак-
тивы [25], [29], [35] (см. таблицу на стр. 8). Многие из них предста-
вляют собой слабые спиртовые растворы или просто слабые водные,
уменьшающие скорость травления. Если в результате шлифования
и полирования на поверхности микрошлифа образовалась пленка
деформированного металла (фиг. 6, е), плохо поддающаяся травле-
Фиг. 6. Схема выявления микроструктуры при травлении:
и — недостаточное травление не удалило слоя деформированного металла, образовавшегося
на поверхности мнкрошлифа при полировании; б — легкое травление растворило слой дефор-
мированного металла и выявило границы зерен благодаря повышенной их склонности к тра
влению; в — сильное травление подействовало на различно ориентированные зерна раз-
лично, и одни стали темнее, другие — светлее; г — разная растворимость цементита (Fe3C)
и феррита (a-Fe) в реактиве и искажение размеров пластинок цементита и границ между
ними и ферритом при травлении.
нию, то вначале реактив действует медленно, а по удалении этой
пленки интенсивность травления увеличивается. Повторные пере-
полирование и травление, проводимые осторожно во избежание
повреждения хрупких элементов структуры (неметаллических
включений и графита), облегчают получение микрошлифов хоро-
шего качества.
При травлении чистых металлов или твердых растворов, напри-
мер феррита (а), реактив вначале воздействует на границы зерен
7
Состав Назначение и особен ноетк при- менений
5%-ный раствор пикриновой кислоты в этилриом спирте Для стали и чугу| Пикриновой кисло- ты 5 г, этилового спирта ЮС' см3 га Для углеродистых и легиро- ванных сталей. Обеспечивает равномерное травление, дает структуру с тонкими деталя- ми, не загрязняет феррит про- дуктами травления; очень хо- рошо выявляются карбиды и перлит (фиг. 5, а)
2%-ный раство,, азотной кислоты в этиловом спирте Азотной кислоты 2 тм®, этилового спирта 100 с.и3 Для углеродистых и леги- рованных сталей. Действует контрастно, хорошо выявляет колонии перлита, отличает мартенсит от феррита, выяв- ляет зерна феррита, но хуже (фиг. 5, б), чем пикриновый реактив, обеспечивает равно- мерность травления
4%-ный раствор азотной кислоты в амиловом спирте Азотной кислоты 4 си®, амилового спирта 100 см3 Хорошо выявляет структуру закаленной стали — мартенсит и троостит закалки
Раствор соляной и пикриновой кисло- ты в этиловом спирте Соляной кислоты 5 см3, пикриновой кислоты 1 г Для выявления величины зерна закаленной и отпущен- ной стали, лучшие результаты получаются после 15-минут- ного отпуска шлифа при 200-- 250°
10%-ный "раствор щавелевой кислоты в воде Щавелевой кисло- ты 10 г, воды 100 см3 Для электролитического травления аустенитной нержа- веющей стали, когда шлиф является анодом, а пластинка из нержавеющей стали — ка- тодом при напряжении тока 6 в
Пикрат натрия Пикриновой кисло- ты 2 г, едкого натра 25 г, вода! 100 си® (едкий натр медленно добав- ляют к раствору пикри- новой кислоты в воде) Для окрашивания цементита и карбидов (не высокохроми- стых) в темный цвет. Приме- няется кипящим в течение 5—10 мин., при электролити- ческом травлении •— лучше хо- лодным, когда шлиф является анодом, а пластинка нержа- веющей стали катодом, при напряжении тока 6 в в тече- ние 40 сек.
РЕАКТИВЫ ДЛЯ ТРАВЛЕНИЯ МИКРОШЛИФОВ
Название Состав Назначение и особенности применения
Смесь кислот с во- дой Азотной кислоты 5си®, солине ® кислоты 50 см3, водат 50 см3 Хорошо выявляет струк- туру хромистой нержавеющей стали. Применяется нагрет ом до 50 -Ь0°
0,5%-ныЙ раствор плавиковой кислоты в воде Для сплавов алюмин Плавиковой кисло- ты (HF) 0,5 слГ3, воды 100 cjw® ИЯ Применяется для литейных сплавов и дуралюминов путем протирания поверхно- сти шлифа ваткой, смоченной реактивом, в течение 15 сек.
1%-ный раствор едкого натра в воде Едкого натра 1 а, воды 100 см3 Применяется для дуралюми- на путем погружения шлифа на 10—60 сек. в реактив и по- следующей промывки горячей водой и сушки под вентиля- тором (нельзя удалять про- дукты травления с поверхно- сти микрошлифа)
Аммиак и пере- кись водорода Для сплавов медг Водного раствора ам- миака (уд. в. 0,88) 5 ча- стей, перекиси водорода (8%-ной) J2—5 частей, воды (не всегда) 5 частей Для латуней и бронз; упо- требляется в свежеприготов- ленном виде; рекомендуется медленное протирание ваткой, смоченной реактивом
8%-ный раствор Хлорной меди в аммиаке Хлорной меди 8 г, аммиака 100 см3 Хороший реактив для меди И ее сплавов
5%-ный раствор хлорного железа в 16%-ном растворе соляной кислоты Хлорного железа 5 г, соляной кислс 1Ы 10 см3, вода 100 см3 Для меди, латуни и бронзы; хорошо выявляется эвтектоид л4-6 в бронзе
Для баббитов и сплавов магния
4%-ный раствор азотной кислоты в спирте Азотной кислоты 4 см3, этилового спирта 100 см3 Применяется путем погру- жения шлифов в реактив и последующей промывки в струе воды
Примечание. При составлении растворов, указанных в таблице, рекомендуется применять наиболее химически чистые реактивы — ректифи- цированный спирт и дистиллированную воду.
8
(фиг. 6, б), обладающие наибольшим запасом свободной поверх-
ностной энергии и химически весьма активные.
При дальнейшем более сильном травлении начинается интен-
сивное растворение реактивом поверхности зерен, обращенных
к плоскости шлифа химически неустойчивыми плоскостями (вслед-
ствие анизотропии). Зерна же, обращенные к плоскости шлифа
химически устойчивыми плоскостями, растворяются реактивом
гораздо меньше. Свет, падающий на поверхность шлифа чистого
металла, отражаясь под углом, выявляет как границы, так и уступы
между зернами и обнаруживает различное окрашивание зерен
(фиг. 6,в).
При травлении многофазных сплавов, например, стали, сначала
также растворяют реактивом (протравливаются) границы между
фазами и зернами, а затем менее стойкие фазы — феррит; цементит
же хуже поддается растворению (травлению) и образует выступы
(фиг. 6,г). Косые лучи света, падающие на плоскость микрошлифа,
также выявляют его структуру, создавая тени. Чем мельче
и разнороднее структура, тем быстрее она травится; чем больше
увеличение микроскопа, тем слабее должен быть протравлен
шлиф.
Для травления стали и чугуна обычно реактив наливают в фар-
форовую чашку, шлиф берут щипцами и чистой промытой полиро-
ванной поверхностью погружают на несколько секунд в реактив.
Продолжительность выдержки различна для разных структур.
Например, перлитные структуры про-
травливаются быстро, а ферритные мед-
ленно. После травления шлиф промы-
вают сильной струей воды, на 1—2 сек.
погружают в чистый спирт и высуши-
вают фильтровальной бумагой, после чего,
рассматривая шлиф под микроскопом,
определяют, достаточно ли выявлена
структура. Если структура выявилась не-
достаточно, шлиф протравливают вторич-
но. При соответствующей практике сте-
пень протравливания можно определить невооруженным глазом.
При травлении шлифов из цветных сплавов в отдельных слу-
чаях поверхность микрошлифа протирают ваткой, смоченной реак-
тивом, для удаления продуктов травления, загрязняющих поверх-
ность.
Пикрат натрия применяют подогретым до 60—100°. Шлиф
погружают в реактив, налитый в фарфоровую чашку, и выдержи-
вают при подогревании 20—30 мин. [29]—[31].
Электролитическое травление с успехом применяют
для выявления структуры аустенитных сталей и некоторых цветных
металлов. Постоянный ток получают от селенового выпрямителя,
при этом образец служит анодом, а катод изготовляют из нержа-
веющей стали.
Фиг 7. Схема ванны для
электролитического травле-
ния.
Травление осуществляют следующим образом. На дно большой
фарфоровой чашки (фиг. 7) кладут пластинку 1 из аустенитной
стали типа Х18Н9Т толщиной 1—2 мм, согнутую под прямым
углом, наливают в чашку 1 % -ный раствор щавелевой кислоты
в воде и погружают в нее шлиф 2 так, чтобы его полированная
поверхность находилась от поверхности пластины нержавеющей
стали на расстоянии 5-—6 мм. Затем соединяют шлиф с плюсом,
а пластинку нержавеющей стали — с минусом селенового выпрями-
теля. Процесс травления микроструктуры аустенита стали Х18Н9Т
продолжается от 5 до 60 сек. и обычно дает хорошие результаты.
При электролитическом травлении пикратом натрия этот способ
травления проводится также при комнатной температуре, без подо-
грева; выдержка составляет около 60 сек.
Катодно-вакуумное травление [19] требует специаль-
ной аппаратуры, зато позволяет получить микрошлифы без окраски
и загрязнения их продуктами травления с хорошими границами
фаз, независимо от химической активности последних и без выкра-
шивания и вымывания графита и неметаллических включений. При
катодно-вакуумном травлении микрошлиф помещается в вакуум-
ную трубку с сильно разреженным инертным газом аргоном или
криптоном. Провод от отрицательного полюса постоянного тока
высокого напряжения соединяется с микрошлифом, который служит
катодом, а от положительного — с анодом из алюминия, находя-
щимися напротив катода на расстоянии примерно 100 мм.
Под влиянием высокого напряжения поверхность микрошлифа
подвергается бомбардировке ионами аргона, которые выбивают
атомы с его поверхности. Выбитые атомы металла перемещаются
через разреженный газ и откладываются на стенках вакуумной
системы. Для устранения нагрева микрошлифа его держатель
охлаждают водой.
Катодно-вакуумное травление применяется для шлифов спла-
вов циркония, урана, никеля, алюминия, меди, нержавеющей стали
и других сплавов. Особенно оно полезно при исследованиях
под электронным микроскопом. Например, применение катодно-
вакуумного травления позволило хорошо выявить блочную
структуру (фиг. 8, а и б) циркониевого сплава, содержащего
98,4% Zr, 1,4% Sn, 0,05% Ni, 0,05% Fe и 0,05% Cr и отожженного
при 700°.
Для катодно-вакуумного травления применяется та же аппара-
тура, что и при оттенении слепков для электронного микроскопа
или специальное оборудование, состоящее в основном из источника
постоянного тока высокого напряжения, диффузионного насоса,
механического насоса, вакуумной аппаратуры и пр.
Для травления макроструктуры стали обычно приме-
няется реактив из 50% соляной кислоты и 50% воды, который при-
меняется нагретым до 70—80 %. В случае необходимости выявления
в макроструктуре стали закаленной зоны применяется 10%-ный
раствор азотной кислоты в воде при комнатной температуре.
2 Болховитинов 586.
9
Фиг 8. Микроструктура после катодно-ваку \ много травления [39J
а — блочная структура циркониевого сил ib.<. выявленная бомбардировкой ионами криптона при напряжении 4000 в: 42000 б to же. \ 4500: в — никель, протравленный бомбар-
дировкой новями аргона в течение 2 час., при напряжении 1800 в. силе тока 25 яа и давлении 17,5 л/л. обычное освещение: 4250. г го же при фазоконтрастш т о вещепии
10
§ 3. МИКРОФОТОГРАФИРОВАНИЕ
Микрофотографии, приведенные в настоящем атласе, выпол-
нены при прямом освещении с использованием плоскопараллельной
пластинки, которое является наиболее распространенным и обес-
печивает воспроизведение мельчайших деталей микроструктуры
Фиг. 9. Влияние споссба освещения на выявление деталей микроструктуры; X 1000
[39]:
47 — при помощи призмы; б — при помощи тонкой стеклянной пластинки.
(фиг. 9, а). Освещение с помощью призмы хотя и дает более кон-
трастное и яркое изображение, но не может передать всех деталей
структуры при увеличениях больше 100 раз (фиг. 9,6). Больших
увеличений следует добиваться применением сильных объективов
(фиг. 10, о), а не заменой окуляров, так как последние только уве-
личивают размер изображения, а новых деталей при увеличении
не выявляют (фиг. 10,6).
При рассмотрении и особенно при фотографировании микро-
структуры необходимо устранять толчки и дрожание микроскопа.
Для этого металлографические микроскопы подвешиваются на
пружинах и имеют резиновые прокладки. При дрожании микро-
скопа фотографическое изображение получается смазанным.
Особое внимание следует обратить на правильный выбор источ-
ника света; применение дуговых ламп из-за их неравномерного
горения и мигания, особенно при переменном токе, нежелательно;
2*
подобные лампы следует заменить кинолампами в 500 вт, обспечи-
вающими постоянное и достаточно сильное освещение.
Для обеспечения четкой передачи на микрофотографиях мель-
чайших деталей, почти неуловимых для человеческого глаза,
а также достаточной контрастности изображения необходимо,
во-первых, добиваться правильного и равномерного освещения
Фиг. 1" Влияние выбора сбъектива и окуляра на выявление деталей
микроструктуры; Х500 [39]:
а — слабый объектив н сильный окуляр, б — сильный объектив и слабый окуляр.
поверхности микрошлифа; во-вторых, применять желтые или зеле-
ные светофильтры в комбинации с изоортохроматическими пластин-
ками, так как оптика микроскопов в отношении хроматической
абберации обычно исправляется в отношении желто-зеленых лучей,
как наиболее удобных для человеческого глаза. Наилучшими пла-
стинками для микрофотографирования являются изоорторепро-
дукционно-штриховые, самые контрастные, чувствительностью
2—4 единицы.
Наводить на фокус при фотографировании микроструктур надо
очень тщательно, особенно при применении объективов с большими
увеличениями; недостаточная резкость детален микроструктуры
11
при наводке усиливается при фотографировании, и снимок полу-
чается неясным и размазанным.
При наводке на фокус рекомендуется пользоваться не матовым,
а обыкновенным стеклом, применяя лупу и включая предвари-
тельно светофильтр. Все изображение, особенно в центре, должно
быть совершенно резким и отчетливым.
Длительность экспозиции определяют опытным путем, снимая
несколько повторных снимков одного и того же микрошлифа на
одной пластинке. Особенно удобно это делать, пользуясь специаль-
ной кассетой. После проявления пластинки находят правильно
экспонированную полоску и по ней определяют необходимое время
экспозиции.
Фазо-контрастная микроскопия [19], [24], осуще-
ствляемая при помощи оптического микроскопа с особым приспо-
соблением к осветителю, позволяет различать самую незначитель-
ную разницу в высоте между структурными элементами на поверх-
ности микрошлифа (фиг. 8, в и г), например всего в 50 кХ
(1 кХ = 1,00202 • 10-8 см), т. е. порядка размеров атомов и молекул.
ОПИСАНИЕ МИКРОСТРУКТУР
§ 1. ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МИКРОСТРУКТУРЫ СТАЛИ И ЧУГУНА
Феррит. Микроструктура феррита как твердого раствора угле-
рода, марганца, кремния, фосфора, хрома и других элементов
в a-железе состоит из светлых зерен (фиг. 11). Лучшим реактивом
чля травления феррита является 4%-ный раствор азотной кислоты
в спирте. Четкое выявление границ зерен получается после ряда
повторных полировок, сопровождаемых травлением.
Аустенит. Микроструктура аустенита как твердого раствора
чтлерода и других элементов в ^-железе (фиг. 12) состоит из свет-
лых зерен с характерными двойниками.
Для лучшего выявления микроструктуры аустенита рекомен-
дуется при изготовлении микрошлифов применять электролитиче-
ское полирование и электролитическое травление.
Цементит. Микроструктура цементита как химического соедине-
ния железа с углеродом Fe3C (содержащего 6.67% С) или твердого
раствора железа и других элементов на его основе имеет светлый
выпуклый вид, например, выделившийся в виде сетки и игол из
аустенита вторичный цементит (фиг. 13) в неотожженной (сырой)
высокоуглеродистой (заэвтектоидной) стали. При травлении обыч-
ными реактивами, ввиду химической стойкости цементита, он
слабо разъедается и имеет так же, как и феррит, светлый вид.
Отличить его от феррита можно или по его высокой твердости, или
путем травления пикратом натрия, который окрашивает цементит
в темный цвет (при этом феррит не окрашивается).
Цементит также наблюдается в структуре в виде полос первич-
ного цементита (фиг. 14,а), выделившегося из жидкого сплава,
и в форме мелкой сетки или частичек третичного цементита
(фиг. 14,6), выделившегося из феррита.
Перлит. Эвтектоид, состоящий из мелких различной величины
пластинок цементита, расположенных в феррите, называется пла-
стинчатым перлитом (фиг. 15). В случае, если цементит располо-
жен в виде мелких зерен цементита различной величины в феррите,
то такая структура называется зернистым перлитом (фиг. 16).
В чистых сплавах железа с углеродом перлит содержит 0,8% С.
В сталях и чугунах, содержащих кремний, марганец и другие эле-
менты, перлит содержит меньше углерода. Пластинки и зерна
цементита своеобразно отражают свет, и поверхность протравлен-
ного микрошлифа напоминает перламутр, что дало основание
назвать эту микроструктуру перлитом.
Особенно хорошо пластинки цементита в перлите можно наблю-
дать под электронным микроскопом (фиг. 17), где ясно видны топ-
кие пластинки цементита, наклоненные под углом к поверхности
микрошлифа.
Весьма хорошим реактивом, обеспечивающим равномерное
п четкое выявление структуры перлита, является 5%-й раствор
пикриновой кислоты в этиловом спирте, который хорошо раство-
ряет феррит, не загрязняет его продуктами травления, а на цемен-
тит почти не оказывает воздействия.
Ледебурит. Ледебурит, или цементитная эвтектика, состоит
в момент образования из выделений аустенита, расположенных
в цементите, а после охлаждения ниже Ап — из выделений пер-
лита в цементите (фиг. 18).
13
Фиг. 11. Феррит; X 5UU. Светлые черна а-железа. которое может содержать в твердом растворе до 0.1>06"н углерода, а также некоторое количество марганца
кремния, фосф(ра. хрома и других элементов
]4
Фиг. 12. Аустенит; Х500 Светлые зерна с характерными двойниками кристалла твердого раствора углерода и други* элементов в'(-железе
15
Фиг. 13. Цементит вторичный в неотожженной ^за эвтектоидной) стали, у 1000. Светлая сетка Fe3C. который может содержать в твердом растворе железо,
марганец, хром и другие элементы.
9
Третичный
уемгнтит
3
Фиг. 15. Перлит пластинчатый; Х2000. Эвтектоид, состоящий из тонких пластинок цементита, расположенных в ферритной основе.
16
Фиг. 16. Перчит зернистый: 2000. Эвтектоид, состоящий из мелких зернышек цементита, расположенных в ферритной основе
19
3'
Фиг. 17 Перлит пластинчатый;лЗО UUL (А В Смирнова). Эвтектоид, состоящий из тонких пластин цементита, наклоненных под углом к поверхности
микрошлифа и расположенных и ферритной основе
20
Фиг 18. Ледебурит; Х500 (Н. П. Аристов). Эвтектика из характерных округлых темных включений перлита, расположенных в светлой пементитнойоснове.
21
§ 2. МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРА УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ
Влияние углерода. Микроструктура медленно охлажденной
(после прокатки или отжига, или после нормализации) стали,
содержащей до 0,8% С, состоит из феррита и перлита. Сталь
с 0,1 % С имеет очень много светлых участков структуры — фер-
рита, а темных — перлита — весьма мало (фиг. 19, а). С увеличе-
нием в стали до 0,2% С количество феррита начинает уменьшаться,
а перлита увеличиваться (фиг. 19,6). С дальнейшим увеличением
содержания в стали углерода — от 0,3 до 0,8% —количество фер-
рита в структуре постепенно уменьшается, а перлита возрастает
(фиг. 20,о, б, 21 и 22, о). При содержании в стали 0,8% С ее
микроструктура состоит из одного перлита (см. фиг', 15). У стали
с содержанием углерода больше 0,8%, например при 1,2% С, про-
катка которой была закончена при излишне высокой температуре,
микроструктура состоит из темных зерен перлита и светлой сетки
цементита (фиг. 21,6).
Эталоны микроструктуры стали [6]. Для количественной оценки
микроструктуры стали ГОСТом 8233-56 установлен ряд эталонных
шкал.
Для определения количественного соотношения перлита
и феррита при увеличении в 100 раз предусмотрена следующая
шкала (фиг. 22, а): балл 1 •• (др) > 2 (in)’ 8 ('ll’)’ 4 (И”) ’
5 (S)’ 6 (§)’ 7 (#)’ 8 (S’ 9 (S’ 10(lS Эта шкала ПРИ-
годна для оценки соотношения перлита и феррита в структуре,
независимо от характера перлитных участков (пластинчатый или
зернистый или смешанный) или от их дисперсности (измельченно-
сти), что устанавливается дополнительно на основании сопоставле-
ния с другими шкалами.
Дисперсность (измельченность) пластинчатого перлита оцени-
вается по десятибалльной шкале (фиг. 22,6).
Шкалы для зернистого и смешанного перлита приведены в раз-
деле инструментальных сталей.
Пороки микроструктуры стали. При перегреве стали или при
медленном охлаждении стального литья получается крупнозерни-
стость (фиг. 23, о), которая сильно понижает ударную вязкость
стали и повышает температуру перехода ее в хрупкое состояние.
При этом феррит в микроструктуре стали может расположиться не
только по границам крупных зерен, но и по кристаллографическим
плоскостям самих зерен (фиг. 23,6). Такая структура носит назва-
ние видманштеттовой и характеризуется весьма низкими механи
ческими свойствами.
Крупнейшим пороком микроструктуры стали является обезугле-
роживание ее поверхности (фиг. 24,а), а также строчечность
(фиг. 24,6), когда полосы феррита чередуются с полосами перлита.
Строчечность создает неоднородные механические свойства вдоль
и поперек прокатки, ухудшает обрабатываемость стали резанием и
22
вызывает массовый брак при холодной штамповке. Особенно вредна
строчечность, связанная с неметаллическими включениями.
Неметаллические включения. При изготовлении микрошлифов
для выявления неметаллических включений при шлифовании
и полировании, необходимо строго соблюдать все предосторожно-
сти, чтобы сохранить неметаллические включения и не выкрошить
их. Как видно из фиг. 25, неметаллические включения бывают про-
стые и сложные по структуре; особенно важно, являются ли они
пластичными или хрупкими. Неметаллические включения опасны
тем, что около них происходит концентрация напряжений и начи-
нается разрушение металла, наиболее опасны здесь хрупкие, твер-
дые, не поддающиеся деформациям включения, например окись
алюминия (А12О3), хрупкие силикаты и т. д.
Эталоны неметаллических включений [8]. Для количественной
оценки наиболее распространенных и типичных неметаллических
включений ГОСТом 1778-57 предусмотрены особые шкалы их эта-
лонов: оксиды, сульфиды, пластичные силикаты, хрупкие силикаты,
глобулярные включения, точечные включения. Некоторые из них
приведены на фиг. 26.
Пороки макроструктуры стали. Качество стали в значительной
мере определяется ее макроструктурой, определяемой путем травле-
ния поперечных сечений (темплетов) заготовки, обжатой из слитков
на блюминге. Макроструктура стали должна быть однородной
и плотной, без значительных пороков.
К числу типичных пороков макроструктуры стали (фиг. 27)
относятся остатки усадочной раковины, зональная ликвация (ликва-
ционный квадрат), пористость общая и центральная, подкорковые
пузыри и флокены.
Поломки изделий вследствие пороков макро- и микроструктуры.
Очень часто поломки изделий в эксплуатации и брак в производстве
(закалочные трещины, недостаточная твердость, плохая обрабаты-
ваемость) обусловливаются пороками их макро- и микроструктуры.
Например: смещенная усадочная раковина вызвала продольное
расслоение головки рельса (фиг. 28,с); надрыв полоски сегрегата,
заполнявшего газовый пузырь, вызвал большую поперечную тре-
щину усталости (фиг. 28,6), которая занимала большую часть
сечения головки рельса, но не выходила на ее поверхность, следуя
за конфигурацией головки. Волосовина (фиг. 28, в), возникшая
из газового, подкоркового пузыря, заполненного сегрегатом,
вызвала хрупкий поперечный излом рельса (фиг. 28,а). Флокены
вызвали усталостную трещину в коленчатом вале (фиг. 29, а)
и поперечную усталостную трещину в головке рельса (фиг. 29, б),
которая вышла на его поверхность. Неметаллические включения,
окись алюминия А12О3 (глинозем), вызвали продольное расслоение
головки рельса по усталостной трещине (фиг. 29,в и г). Такие
поломки, как и закалочные трещины, происходят вследствие концен-
трации напряжений в месте пороков макрэ- и микроструктуры.
Фиг. 19. Сталь; Х200:
О.’% С; б —с 0,2% С. Светлые поля — феррит, темные — перлит
24
поля — феррит, темные — перлит.
а) б)
Фиг. 21. Сталь; X 200:
а — с О 6% С (темные поля — перлит и светлая сетка феррита); б — с 1.2% С (темные поля — перлит и о глая сетка цементита).
4 Ею л Хом т и нов 586
25
a) 6)
65 : 35 О: 100 Балл 5 Балл 1»
Фиг. 22. Эталоны микроструктуры стали (по ГОСТу 8233-56).
а — соотношени * перлита и феррита, X 100; б— дисперсность (измельчеиность) пластинчатого терлита, X 1000
26
я крупнозернистая структура стали; б — видмандштеттова структура стали.
27
Фиг. 24. Пороки
• — обезуглероживание поверхности
28
О)
микроструктуры стали; X 200:
стали; б — строчечная структура стали.
Фиг. 25. Неметаллические включения в стали (А. Н. Червяков):
а — эвтектика FeS — Fe; X 1000; б— деформированный пластичный MnS;X500; в — твердая и хрупкая окись алюминия AltOa; X 500; г — нитрид алюминия AIN; X 500; д — нитрид
титана (TIN); X 500: е — силикатное включение, содержащее никель; X 500; ж — пластичный силикат; X 100; а — хрупкий силикат; X 100; и — файялит (2FeO-SiO«) с выде-
лившейся двуокисью кремния; X 500; к — файялит (2FeO SlOi) с выделившейся закисью железа; X 200; л — кремнезем (SiOt) при обычном освещении; X 500; м — кремнезем (SIOt)
а поляризованном свете; X 500.
29
Балл 1
Балл 3
Балл 3
Балл Б
Билл 5
Балл 7
Балл 9 Балл 9 Билл 9
а) б) в)
Фиг. 26 Эталоны неметаллических включений; X 100 (по ГОС! у 1778 57):
а — оксиды; б — сульфиды; в — пластичные силикат*1 г — глобулярные включения.
Балл 9
г)
30
1
Фиг. 27. Пороки макроструктуры стали (А. Н. Червяков):
1 — остатки усадочной раковины; 1 — ликвационный квадрат: S — общая пористость: 4 — центральная пористость; 5 — подкорковые пузыри; 6 — флокены.
31
Фиг. 28. Поломки изделий вследствие пороков макро- и микроструктуры стали (Р. С. Николаев);
а — продольное расслоение головки рельса по остаткам смещенной усадочной раковины; б—поперечный излом усталости, возникший в месте газового пузыря, заполненного
сегрегатоы; в— микроструктура стали, где находится волосовина; г — хрупкий поперечный излом от волосовины (раскатанного подкоркового пузыря, заполненного сегрсгатом).
32
Фиг 29. Поломки изделий вследствие пороков макро- и микроструктуры стали (Р. С. Николаев):
а — усталостный излом коленчатого вала, возникший от флокена на поверхности щеки вблизи галтели; б — поперечный излом усталости
у рельса, возникший в месте флокена; в — продольное расслоение головки рельса, образовавшееся от включений окиси алюминия А12О3 (глино-
зема): г — то же, что и на в. но расслоение завернуто вниз, переходя в поперечную трещину
Болховитинов 586
33
§ 3. МИКРОСТРУКТУРА ЧУГУНА
Графит. Графит в чугуне является кристаллической разновидно-
стью углерода, обладающей гексагональной решеткой со слоистым
расположением атомов или твердым раствором железа и других
элементов на его основе. Под микроскопом графит имеет черный
(темный) вид.
Для серого чугуна лучшими являются мелкие, завихренные
включения пластинчатого графита (фиг. 30, а). Крупные и прямо
линейные графитные включения (фиг. 30, б), разделяющие метал-
лическую основу и резко понижающие предел прочности на растя-
жение серого чугуна, являются недопустимыми.
У высокопрочного магниевого чугуна графитные включения
имеют шаровидную форму (фиг. 31, а), а у ковкого — хлопьевид-
ную (фиг. 31,б).
Приготовление микрошлифов с графитом в структуре требует
особой осторожности, чтобы не вырвать и не вымыть порошкообраз-
ного графита. Графит удобнее наблюдать на светлой металлической
основе до травления.
Металлическая основа серого чугуна. После травления микро-
структура серого чугуна может оказаться перлитной (фиг. 32,а),
отвечающей высокой твердости, износостойкости и вместе с тем
удовлетворительной обрабатываемости резанием.
Наличие феррита в металлической основе (фиг. 32, б) снижает
механические свойства серого чугуна и особенно его твердость
и износостойкость. Ферритная микроструктура серого чугуна
(фиг. 33, а) ведет к недопустимо низкой твердости и износостой-
кости.
Перлито-цементитная металлическая основа чугуна (фиг. 33, б)
делает чугун твердым и ухудшает его обрабатываемость режущим
инструментом, а крупные выделения цементита вызывают отбел
и препятствуют его обработке резанием.
Подобным же образом действуют и выделения фосфидной
эвтектики в чугуне, которые очень тверды: тройная фосфидная
эвтектика Fe3P — Fe3C —Ре(фиг. 34, а) я двойная Fe3P — Fe
(фиг. 34,б).
Микроструктура низкоуглеродистого модифицированного чугуна.
Этот чугун до модифицирования имеет микроструктуру (фиг. 35, а),
состоящую из перлита и цементита. После модифицирования чугуна
смесью 75%-ного ферросилиция и алюминия его микроструктура
34
(фиг. 35, б) состоит из мелких завихренных равномерно распреде-
ленных графитных включений в перлитной металлической основе.
Микроструктура высокопрочного магниевого чугуна. Чугун до
модифицирования имеет микроструктуру серого чугуна с пластин-
чатым графитом (фиг. 36, а). После добавки лигатуры из магния
с 75%-ным ферросилицием его макроструктура состоит из перлита
и феррита, окружающего шаровидный графит (фиг. 36,6).
Эталоны микроструктуры чугуна [9]. Для количественной оценки
микроструктуры чугуна ГОСТом 3443-57 предусматривается ряд
эталонных шкал как для графитных включений, так и для метал-
лической основы.
Количественная оценка микроструктуры отливок как из серого,
так и из высокопрочного чугуна по графиту до травления и по
металлической основе после травления производится буквенно-циф-
ровыми баллами путем сравнения с эталонными шкалами.
Для графита предусмотрены шкалы: по форме — характеру рас-
пределения графитных включений в структуре (фиг. 37, а); по пре-
имущественной их длине (фиг. 37, б); по диаметру шаровидного-
графита (фиг. 37,в).
Для металлической основы предусмотрены шкалы: по дисперс-
ности перлита (фиг. 38, а); по соотношению перлита и феррита
в сером чугуне (фиг. 38, б); по соотношению перлита и феррита
в высокопрочном чугуне (фиг. 38, в); по соотношению цементита
и перлита и по соотношению фосфидной эвтектики и перлита
(фиг. 38,г).
Все эти шкалы снабжены соответствующими буквенно-цифро-
выми обозначениями.
Микроструктура ковкого чугуна. Микроструктура белого чугуна,
из которого путем отжига получается ковкий чугун, состоит из пер-
лита и отдельных выделений ледебурита и структурно свободного
цементита (фиг. 39, а). Отжиг при 950° с целью проведения первой
стадии графитизации (графитизации структурно свободного цемен-
тита и ледебурита) дает структуру (фиг. 39,6), состоящую-
из хлопьевидного графита, окруженного ферритом, и перлита. Вто-
рая стадия графитизации (графитизация цементита, входящего-
в состав перлита) происходит при 735° и дает структуру (фиг. 39, в),
состоящую из хлопьевидного графита и зерен феррита. Такая струк-
тура отличается хорошей пластичностью, высоким удлинением)'
и вязкостью.
Фиг. 30. Включени п.". т>. - рит;> - г ч.-о ' __
и <ые в сером чугуне с высокими механическими своР еа-.- - - tp-'i -г ibbm-.г •• ч . |Чень низкими механическими свойствами.
36
Фиг. 31. Графитные включения в микроструктуре чугуна до травления:
<- шаровидные в высокопрочном; Х200; б — хлопьевидные в ковком; Х500
36
Фиг 32 Серни чугун после траилепня
графшп
пониженной твердости
37
Фиг 3.3 Серый чу г\ ।
а — феррито-графитная микроструктура, отвечающая о^ень низкой твердости и износостойкоеп. 4500 (В М Королев): о — цементите перлито-графитная микроструктура, отвеча-
ющая очень плохой обрабатываемости режущим инструментом: / 200.
38
а) б)
Фиг 34 Фосфидная эн ика в сером чугуне, отличающаяся износостойкостью, твердостью и хрупкостью; НК4)
к — >йная (I е, Р - Ft С — Fe); б — двойная <В М. Королев) (Fe,P — Ft).
39
Фиг 35 Низкоуглеродистый чугун; Х200
в — микроструктура до модифицирования — цементит и перлит: Ъ — то же, ио после модифицирования фер осилицием графит и перлит
40
а) б)
Фиг. 36. Высокопрочный чуг/и с шаре видным графитом; X 200:
« микроструктура до модифицирования; б — то же, после модифицирования лигатурой магния < ферросилицием - шаровидный графит, феррит и перлит.
6 Ьо л х овит и нов 5Я6
41
Гф 9
Гд 2
ГО 2
Гд 3
I д 5
Гд 10
Гшд 3
Гшд 5
а) б) в)
Фиг. 37. Эталоны микроструктуры чугуна (по ГОСТу 3443-57) шкалы для классификации графитных включений; X 100:
а — форма (характер их распределении в структуре); б — размеры пластинчатого графита (преимущественная длина); в — размеры шаровидного графита
42
Балл 1
Балл 1
Балл 1
Бал1 1
Балл 2
Балл 3
Балл 3
Балл 5
Бал 7 5
Балл 3
Балл 7
Балл 5
Балл 7
Ба .л 1
Балл 5 Балл 9 Балл 9 Балл 5
а) Б) в) г)
Фиг. 38. Эталоны микроструктуры чугуна (по ГОСТу 3443-57) — шкалы для классификации структуры металлической основы:
« — дисперсность перлита, X 1000; и — соотношение перлита н феррита в сером чугуне; Х100' в — соотношение перлита и феррита в высокопрочном чугуне: X КТО; г — количество
цементита или ледебурита: X 100, в фосфндпой эвтектики; X 200
б) в)
Фиг. 39. Ковкий чугун; X 250:
* до отжига (белый доэвтектический чугун); б — после отжига (после первой стадии графитизации); в — после отжига (после второй стадии графитизации).
44
§ 4. МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ
Мартенсит и продукты его отпуска. Под оптическим микроско-
пом 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
(вердого раствора.
Мартенсит является структурой закаленной стали и представляет
собой пересыщенный твердый раствор внедрения углерода
в a-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 мель-
чайших частичек, в остаточном аустените, устойчивом до 260°, таких
частичек не наблюдается. Отпущенный мартенсит — уже не одно-
родный твердый раствор, а механическая смесь частичек е-карбида
и низкоуглеродистого мартенсита.
При температуре отпуска 260° заканчивается превращение оста-
I очного аустенита в отпущенный мартенсит и он исчезает из элек-
1ронной микроструктуры (фиг. 41,6).
Дальнейшее повышение температур отпуска до 320° вызывает
образование троостита отпуска, электронная микроструктура кото-
рого (фиг. 41, е) обнаруживает уже частички цементита.
Сравнение продуктов изотермического превращения аустенита
с продуктами отпуска мартенсита. На фиг. 42 приведены характер-
ные 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. 43,6), а в структуре троостита отпуска наблю-
чаются зернышки и характерные короткие пластинки цементита
(фиг. 43, г).
Под оптическим микроскопом сорбит закалки имеет тонкопла-
ПОСЛЕ ЗАКАЛКИ И ОТПУСКА
стннчатую структур)^ (фиг. 44, а), а сорбит отпуска—светлую
игольчатую (фиг. 44, в).
Под электронным микроскопом в сорбите закалки (фиг. 44,6)
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 бей-
нит— игольчатую (фиг. 45,6).
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.
Элзктронная микроструктура нижнего бейнита (фиг. 46,6),
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 тем-
ных 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, 6) 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, предназна-
чаемой для термической обработки, приведены: шкала величины
зерна стали по ГОСТу 5639-51 (фиг. 48, а); укрупненная шкала
игольчатости мартенсита (фиг. 48, 6); укрупненная шкала для соот-
ношения мартенсита и троостита закалки (фиг. 48, в).
45
Фиг 40. Мартенсит; 1000. Светлая игольчатая структура закаленной стали
4G
Фиг. 41. Кииеткла изменения микроструктуры мартенсита эвтектоидной стали при отпуске; X 20 000 [33]:
а — мартенсит до отпуска; б — отл’ ценный мартенсит (1 час при 120°); в — отпущенный мартенсит (1 час при 180°); г — отпущенный мартенсит (I час при 200°)«
д — троостнт отпуска (1 час при 260°); е — трооетит отпуска (1 час при 320°)
47
V!)
Фиг. 42. Оптические и электронные микроструктуры продуктов
изотермического превращения аустенита стали с 0,8% С [32]
а — 705°, 17 мин., перлит, оптическая; X 1200; р — то же, электрон-
ная; X 4000; в — 650°, 5 сек., тонкопластпнчагый перлит, оптическая,
X 1200 г — то же, электронная; . *000; д — то же; X 900; е -550°;
2 сек., тонкопластинчатый перлит ь остит закалки) — сфероиды н
верхний бейнит — перистые выделения, оптическая; v 75; ж — то же,
электронная; X 9000, з 450°, 10 сек., верхний бейнит, оптическая; X
1200; и — 450°, 25 сек., верхний бейнит, электронная: \ 4000; к — то
же. электронная X 7000 л — 250°, 10 мин нижний бейнит —
иглы, оптическая; v 1200. .и — то же, элект| синая: 13 500*
48
61
a — троо.тит закалки- 1000: справа вверху то же X 15 000; б — троостит отпуска; Х 1000; справа вверху ю же: X 15 000.
! Ьолховитинов
49
и сорбит закалки; X 1С00; справа вверху — то же X 15 000 (А. В. Смирнова); б — сорбит отпуска: л 15 000; справа вверху — то же. X 15 000 (А В. Смирнова).
50
a — верхний (перистый) бейнит; б — нижний (игольчатый) бейнит.
51
52
в)
Фиг. 47. Микроструктура стали после закалки, вызывающей пониженную твердость; Х5(Х);
отпущенный мартенсит н остаточный атстенит в высокоуглеродистой легированной стали б — мартенсит и феррит в доэвтектической стали;
< — мартенсит и троостит закалки;
53
Фиг. 48. Микроструктура стали после термической обработки;
а — шкала эталонов для измерения длины ягол мартенсита (по ГОСТу 8233-56); X 5 000*. 6— 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; 700°); Х500.
54
§ 5. МАКРО- И МИКРОСТРУКТУРА СТАЛИ
Поверхностная высокочастотная закалка. В большинстве слу-
чаев поверхностная высокочастотная закалка сопровождается само-
отпуском, — тогда на поверхности образуется микроструктура
из скрытокристаллического отпущенного мартенсита (фиг. 49,а),
в переходном слое из скрытокристаллического отпущенного мартен-
сита и выделений феррита (фиг. 49, б) и, наконец, в середине
сохраняется исходная микроструктура из зерен перлита и сетки
феррита (фиг. 49,в), отвечающая незакаленной стали 45. На
фиг. 50, а — г показаны характерные макроструктуры рельса, шейки
коленчатого вала, валика коробки передач, тормозного кулака
и зубчатых колес после поверхностной высокочастотной закалки.
В случае изготовления зубчатых колес из стали с очень малой про-
каливаемостью, даже при закалке их не по обводу, а в простом
индукторе, получается мартенситный слой по обводу (фиг. 50, д).
При закалке зубчатых колес с большим модулем возможно приме-
нение фасонного индуктора и получение закаленного слоя по обводу
(фиг. 50, а). В случае же закалки зубчатых колес из стали, напри-
мер 40Х, простым индуктором закаленного слоя у основания
не образуется; тогда в опасном сечении, благодаря выходу переход-
ного слоя на поверхность, образуются остаточные напряжения
растяжения, вызывающие поломку зуба у основания, даже при
небольших нагрузках в эксплуатации.
Сталь для поверхностной закалки должна иметь микроструктуру
из перлита мелкого сложения и ферритной сетки (фиг. 50, з), пер-
лит крупного сложения с грубыми сфероидизированными зернами
цементита (фиг. 50, и) закаливается хуже и требует двукратной
закалки. Очень невыгодна для высокочастотной закалки грубо-
полосчатая микроструктура стали (фиг. 50, к), в которой после
закалки остаются полосы феррита (фиг. 50, л), резко снижающие
твердость закаленного слоя.
Хорошая микроструктура на поверхности стали после ее высоко-
частотной закалки должна быть или скрытокристаллическим, без
заметной игольчатости мартенситом, или очень мелкоигольчатым
мартенситом (фиг. 50, м).
ПОСЛЕ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ
Цементация. Микроструктура поверхности цементованной, но не
закаленной стали состоит из перлита и тонкой сетки цементита
(фиг. 51), которая по мере удаления от поверхности исчезает.
Микроструктура переходного слоя состоит из перлита и феррита;
площади, занимаемые перлитом, постепенно уменьшаются, а зани-
маемые ферритом увеличиваются, и микроструктура сердцевины
(фиг. 51) состоит из феррита с небольшим количеством перлита
и отвечает исходной структуре низкоуглеродистой стали, применяе-
мой для цементации.
Микроструктура стали после цементации и закалки должна
состоять из мартенсита (см. фиг. 40); наличие цементитной сетки
(фиг. 52, а) и даже отдельных цементитных включений нежела-
тельно, так как твердый цементит является концентратором напря-
жений и служит причиной начала образования усталостного разру-
шения. В сердцевине стали после закалки также желательно созда-
ние низкоуглеродистого вязкого мартенсита без феррита, снижаю-
щего механические свойства сердцевины. Наличие троостита закалки
(фиг. 52, б) на поверхности цементованной и закаленной стали сви-
детельствует о низкой твердости металла.
Эталоны микроструктур стали 18ХГТ после цементации
и закалки. Лабораторией Московского автомобильного завода
им. Лихачева разработаны: шкала остаточного аустенита в поверх-
ностном цементованном и закаленном слое стали 18ХГТ (фиг. 53)
и шкала избыточных карбидов в этом слое (фиг. 54), позволяющие
давать количественную оценку по баллам цементованных изделий
при их приемке или направлять их на вторичную термическую обра-
ботку или браковать их.
Дробеструйный наклеп. Микроструктура поверхности низкоугле-
родистой стали после дробеструйного наклепа (фиг 55) обнаружи-
вает тонкий (0,2—0,4 мм) деформированный слой с повышенными
механическими свойствами и образовавшимися полезными напря-
жениями сжатия.
55
Фиг. 49. Микроструктура стали 45 после высокочастотной закалки с самоотпускоы; \750 [22]:
° поверхность скрытокрисгаллическнй отпущенный мартенсит; б — переходная зона скрытокристаллическнй отпущенный мартенсит я феррит; в — сердцевина — зерна перлита
и феррита.
56
Ё)
И) к) л)
Фиг. 50. Макро и .микроструктура стали после высокочастотной закалки (лаборатория ЗИЛ):
и—рельс; о — шейка коленчатого вала; в—валик коробки передач, г—тормозной кулак, д—шестерня из стали с малой прокаливаемостью, закаленная в простом индукторе; £—круп-
ная иестерня. закаленная по обводу фасонным индуктором, ж- шестерня, закаленная простым индуктором: з—сталь 50 со структурой перлита тонкого сложения (хорошо закалн-
ается т. в. ч ); х500 J30J; //--сталь 50 с грубой гферодоизованной структурой перлита, требующая двухкратной закалки т. в. ч.: X500J30J; л* — сталь 40 с грубополосчатой струк-
турой; Х500; ./— то же. после высокочастотной закалки с остатками феррита; м — нормальная микроструктура на поверхности стали 40 после высокочастотной закалки —'
мелкоигольчатый мартенсит; >.1000.
Н JE тлховитинов
586
57
58
Фиг. 51. Сталь 20 после цементация.
но д(| закалки, .250.
ft*
59
a) t'>)
Фиг. 52. Пороки микроструктуры стали после цементации и закалки, х 100U:
а — карбидная сетка, остаточный аустенит и мартенсит на поверхности: б — троостнт закалки и мартенсит на покер хн они
60
12 3 4
Фиг. 53. Шкала остаточного аустенита и поверхностном цементованном и закаленном слое стали 18ХГТ (лаборатория ЗИЛ); Х400;
летали со структурой, соответствующей баллам 1—5 считаются годными а со структурой, соответствующей баллам 6—8, напра-
вляются на повторную закалку и отпуск
61
Фиг. 54. Шкала избыточных
карбидов в поверхностном, це-
ментованном и закаленном слое
стали 18ХГТ (лаборатория ЗИЛ);
Х4Ц0; детали со структурой,
соответствующей баллам 1—4,
считаются годными, со струк-
турой, соответствующей баллам
5—6, направляются на повтор-
ную закалку и отпуск, а со
стру ктурой. соответствующей
баллу 7. бракуются
62
Фиг 55 Поверхность незакаленной низкоуглеродистсй стали после дробеструйного наклепа; Х250. Деформированный тонкий (0 2—0.4 мм) слой с повышенными
механическими свойствами и полезными напряжениями сжатия
6S
§ 6. МИКРОСТРУКТУРА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ И ТВЕРДЫХ СПЛАВОВ
Микроструктура углеродистой и легированной инструменталь-
ной стали в отожженном состоянии представляет собой зернистый
перлит (фиг. 56, а), после закалки и низкого отпуска — отпущенный
мартенсит с мелкими твердыми частицами цементита (фиг. 56,6),
что обеспечивает хорошие режущие свойства и износостойкость
инструмента.
Быстрорежущая сталь. Микроструктура литой быстрорежущей
стали (фиг. 57, а) состоит из карбидной эвтектики и сорбитообраз-
ного перлита.
После прокатки (или ковки) и отжига микроструктура быстро-
режущей стали состоит из сорбита (фиг. 57,6), сотавляющего 70%
ее площади, и 30% сложных карбидов крупного и среднего раз-
меров.
После закалки быстрорежущей стали ее микроструктура
(фиг. 58) состоит из аустенита с мартенситом и карбидов.
После закалки и отпуска при температуре 560° ее микрострук-
тура состоит из отпущенного мартенсита и твердых карбидов
(фиг. 59).
Микроструктура переотпущенной быстрорежущей стали с пони-
женной твердостью состоит из темного троостита отпуска и карби-
дов (фиг. 60).
Эталоны микроструктуры высокоуглеродистой стали. Для коли-
чественной оценки микроструктуры высокоуглеродистой стали по
ГОСТу 8233-56 рекомендуются следующие эталоны микрострук-
туры: укрупненная шкала зернистого перлита (фиг. 61, а) и укруп
ненная шкала соотношений зернистого и пластинчатого перлита
а также две шкалы для оценки карбидной неоднородности
(фиг. 61,в, г).
Твердые сплавы. Нормальная микроструктура порошковых твер
дых сплавов до травления характеризуется небольшой пористостью
(фиг. 62, а, б), значительная пористость (фиг 62, в, г) является
недопустимой.
Микроструктура твердого сплава ВК15 (фиг. 63) состоит из мел
ких, светлых, угловатых и шпалообразных частиц карбида воль
фрама WC и темного, вязкого кобальта, содержащего небольшое
количество (до 1 %) WC в твердом растворе. Если светлые частицы
карбида в микроструктуре (фиг. 64) крупные, то твердый
сплав ВД15 будет низкого качества.
Микроструктура твердого сплава Т15К6 (фиг. 65) состоит in
угловатых светлых зерен фазы WC, окаймленных темной фазой
цемента — кобальта, содержащего до 1% WC и до 0,1% ТИ
в твердом растворе, и серой фазы титанового карбида TiC, содер
жащего в твердом растворе до 25% WC.
Чем мельче и равномернее распределены зерна фазы WC, тем
лучше режущие свойства и прочность твердого сплава Т15К6
Зерна твердого раствора WC в TiC и чеют округлую форму, сред
ний и крупный их размеры отвечают хорошим режущим свойствам
1вердого сплава Т15К6.
§ 7. МИКРОСТРУКТУРА ЦВЕТНЫХ И ПОДШИПНИКОВЫХ СПЛАВОВ
Микроструктура силумина (13% Si), отлитого в песчаную
форму, без модифицирования (фиг. 66, а) состоит из грубоигольча-
той эвтектики и крупных первичных выделений кремния. Этот же
сплав после добавки комплексного модификатора, состоящего из
62,5% NaCl-[-25% NaF-{-12,5% КС1, резко меняет свою микро-
64
структуру (фиг. 66, б) и состоит из мелкозернистой эвтектики
и дендритов твердого раствора кремния и других элементов в а.тю
МИНИН
Микроструктура а-латуни после холодной обработки и рекри
сталлизационного отжига имеет характерную (фиг. 67) однородную
микроструктуру из зерен с двойниками и отличается низкой твер-
достью и высокой пластичностью и очень хорошей штампуемостью
в холодном состоянии.
Микроструктура а-ф-₽-латупи (фиг. 68) состоит из светлых
нолей сх-фазы и темных полей (З-фазы, эга структура отличается
несколько меньшей пластичностью и большей твердостью по сравне-
нию с а-латупью.
Микроструктура литой оловяпистой бронзы, содержащей
10% олова, после травления 8%-ным аммиачным раствором СнС12
состоит из темных дендритов твердого раствора олова в меди
(фиг. 69, а), богатых медью, и светлых дендритов, богатых оловом
и содержащих а ф- 8-эвтектонд.
аВ-эвтектоид лучше выявляется путем травления 3%-ным
раствором FeCl3 в 10%-ном НС1, который хорошо выделяет свет-
1ый эвтектоид на темном фоне участков структуры, богатых оловом
(фиг. 69,6).
Микроструктура оловянистого баббита Б83 после быстрого охла-
ждения (фиг. 70, а) состоит из твердых мелких кубиков соедине-
ния SnSb, твердого скелета из соединения ( u6Sn5 и вязкой основы
из тройной эвтектики, состоящей из твердого раствора Sb и Си
в олове и частиц Cu6Sn-; и SnSb.
В случае перегрева и медленного охлаждения оловянистого
баббита Б83 его структура становится грубой, что резко ухудшает
его свойства (фиг. 70,6); твердые частички SnSb становятся очень
крупными, твердый скелет из Cu6Sns также укрупняется.
Микроструктура низкосурьмянистого оловянистого баббита Б89,
содержащего 7% сурьмы, т. е. ниже предела растворимости сурьмы
в олове (фиг. 71, а), не имеет кубических кристаллов соедине-
ния SnSb. Микроструктура состоит только из твердых игольчатых
кристаллов Cu6Sns и вязкой эвтектики.
Несмотря на очень хорошие поверхностные свойства — способ-
ность удерживать смазку, прирабатываться и поглощать посторон-
ние твердые частицы, не образовывать задиров вала, коррозионную
стойкость и технологичность, — оловянистые баббигы обладают
недостаточным пределом выносливости и выкрашиваются при
работе в очень тяжелых условиях, например, в дизельных двига-
телях, в которых требуется применение коренных и шатунных под-
шипников из свинцовистой бронзы.
Микроструктура свинцовистой бронзы Бр. СЗО состоит
(фиг. 71,6) из светлой, мягкой медной основы, в которой располо-
жены еще более мягкие темные выделения свинца. Свинцовистая
бронза отличается высоким пределом выносливости и очень хоро-
шей теплопроводностью, но ее поверхностные свойства и техноло-
гичность ниже, чем у баббитов.
Микроструктура двухслойного металлического подшипника
(фиг. 72, а) состоит из темного тонкого слоя баббита, залитого
на ленту из стали 08кп, структура которой представляет собой
светлые зерна феррита с незначительным количеством перлита.
Преимущества двухслойного металлического подшипника —
экономия баббита благодаря малой толщине его слоя (0,4 мм),
мелкозернистость его микроструктуры и возможность передачи
нагрузки от баббита при значительной его упругой деформации
(низком модуле упругости) на стальную ленту с более высоким
пределом выносливости.
Микроструктура трехслойного металлического подшипника
(фиг. 72,6), сочетающего преимущества баббита и свинцовистой
бронзы, состоит из чрезвычайно тонкого (20—30 мк) темного слоя
свинца с 5% Sn, свинцовистой бронзы, микроструктура которой
состоит из меди с. мелкими выделениями свинца, и низкоуглероди-
стой стальной ленты марки 08кп со структурой из зерен феррита
с незначительным количеством перлита.
9 Болховитинов 586
65
Фиг. 56. Сталь X для режущего инструмента; X 1000.
а — зернистый перлит после отжига б — отпущенный мартенсит и карбиды после -акалкг и отпуске..
66
Фиг. 57. Быстрорежущая сталь PI8; V 1000
и — литая; б — прокатанная н отожженная
67
Фиг 58 Закаленная сталь Р18. 15<И).
68
Фпг. 59 Закаленная и оттщенная сталь Plh J50').
ЬМ
уроостит
[отпуска
Фиг 60. Закаленная и переотпушенная сталь Р18; X 1500.
70
Балл 1 100 : О
Балл 1
Балл 1
Балл 7
Балл 3
Бал i 3
Балл 9 0:100 Балл 6 Балл 6
а) б) в) г)
Фиг. 61. Эталоны микроструктуры стали по ГОСТ 8233-56
о — дисперсность зерен цементита в зернистом перлите; X 1000; б — соотношение площадей занимаемых зернистым и пластинчатым перлитом: X 1000; в и г — степень карбидной неодно-
родности; X 100.
72
Фиг 63 Твердый сплав ВК15 с мелкими светлыми зернами, травление насыщенным солянокислым раствором хлорного железа; Зоп(> |Ц Н Майорова).
10
Болховитинов 586
73
Фиг. 64. Твердый сплав ВК15 с крупными светлыми зернами травление насыщенным солянокислым раствором хлорного железа. X ’ООО (И Н Чапорова).
74
Фи-г. 65. Твердый сплав Т15К6. травление окислением на воздухе в электропечи при 1и0° X 3000 (И. Н. Чапорова). Мелкие и равномерно распределенные
светлые зерна WC, окаймленные темной фазой твердого раствора карбидов WC и TiC в кобальте и округлые, серые, крупные и среднего размера зерна твердого
раствора AVC в TiC
10
75
Фиг. 66. Силумин; X 200.
ц — до модифицирован ня грубо игольчатая эвтектика (А1 — Si) и первичные выделения кремния; б — после модифицирования мелкозернистая эвтектика (Al Si) и дсндрть:
твердого раствора кремния и других элементов в алюминии.
76
Фиг 67.
а лачлнь:
250
% - »‘«йы»
77
Фиг. 68
а ₽-латунь; X 250.
78
a
*V
шшпаллы
рогатые Sn
.Кристаллы
богатые Sn
Кристаллы
юеатые Си
а) б)
Фиг. 69. Оловякистая бронза
травление 8%-ным аммиачным раствором CuCls. X 200; б — травление 3%-ным раствором FeCl в 10%-ном HCI. X 1000
79
нормальная мелкозернистая структура; о крупнозернистая структура после заливки с перегревом
80
Фиг. 71. Подшипниковые сплавы; X 200:
а — баббит Б89; б — свинцовистая бронза Бр. СЗО.
11 Болочонитииов 586
81
о) б)
Фиг 72. Двух- и трехслойные подшипники; х250:
а — двухслойный металлический вкладыш подшипника (темный тонкий слой баббита Б89 — 0,4 ajh и тоньше, залитый на ленту из стали 08 кп); б — трехслойный металлический вкладыш
подшипника; топкий (20—30 лл*) слой свинца с 5% Snf затем слой свинцовистой бронзы Бр СЗО на ленте из стали 08 кп.
82
§ 8. МИКРОСТРУКТУРЫ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ ДЛЯ
С целью облегчения проверки преподавателями знаний студен-
тами микроструктур, описанных в настоящем атласе, на фиг. 73, 74
и 75 приведено 39 типичных микроструктур важнейших металлов
и сплавов для контрольных вопросов. Намеренно эти микрострук-
туры даны без надписей, т. е. немыми.
Фиг. 73, а — ледебурит; б — сталь с 0,3% С — феррит и перлит;
« —сталь с 0,1% С — зерна феррита и немного перлита; г — сталь
с 0,2% С — феррит и перлит; д — зернистый перлит; е — сталь
с 1,2% С — перлит и сетка вторичного цементита; ж — графит
в сером чугуне до травления; з— сталь с 0,6% С — зерна перлита
и тонкая сетка феррита; и — аустенит; к — третичный цементит
и феррит; л — пластинчатый перлит; м —- неметаллическое вклю-
чение — MnS.
Фиг. 74, а—троостит закалки и мартенсит; б — мартенсит;
в — серый чугун до травления —- графит и неизвестная металличе-
ская основа; г—перлит и графит; д—зерна феррита и графит;
е — перлит, феррит и графит; ж — перлитный ковкий чугун;
з — белый чугун — цементит — перлит и ледебурит; и — высоко-
ВОПРОСОВ СТУДЕНТАМ
прочный чугун —- шаровидный графит и неизвестная металлическая
основа; к — перлит, феррит и шаровидный графит; л — фосфидная
эвтектика, перлит и графит; м — ферритный ковкий чугун — зерна
феррита и хлопьевидный графит.
Фиг. 75, а — отожженная инструментальная сталь — зернистый
перлит; б — закаленная инструментальная сталь — мартенсит и кар-
биды; в — закаленная быстрорежущая сталь—мартенсит и кар-
биды; г — отожженная быстрорежущая сталь — карбиды в основе
из сорбитообразного перлита; д — карбидная неоднородность (полос-
чатость); е—твердый сплав типа ВК—частицы WC и Со;
ж —твердый сплав типа ТК-—WC, Со и твердый раствор WC
в TiC; з — а-латунь; и — а-}-р-латунь; к -силумин до модифици-
рования— грубая эвтектика (А1Si) и кристаллы кремния;
л — силумин после модифицирования — эвтектика (А1 Si) и кри-
сталлы алюминия; м — свинцовистая бронза—частицы свинца
в медной основе; н — оловянистая бронза — дендриты, богатые
оловом, и эвтектоид; о — то же, эвтектоид и дендриты; п — баббит
оловянистый — SnSb, Cu6Sn5 и эвтектика.
11
Фиг. 73. Микроструктуры металлов п сплавов (для вопросов).
84
86
ч) б) а)
д)
е)
л) М)
Фиг. 75. /Микроструктуры металлов и сплавов (для вопросов)
ЛИТЕРАТУРА
1. Б о л х о и и 1 и н и « Н. Ф., Общая технология металлов — серия из
'20 плакатов по металловедению и термической обработке, Трудрезервиздат, 1959.
2, Г а е в И. С., Металлографический атлас, Металлургиздат, 1941.
3. Гардин Л. И., Электронная микроскопия стали, Металлургиздат, 1954.
4. Гардин А. И. и Добрынина Л. А., Электронные микрофотогра-
«фии структур технического железа и стали. Машгиз, 1954.
5. ГОСТ 5639-51. М< годика определения величины зерна в стали, Стандартгиз,
1951.
6. ГОСТ 8233-56. Сталь — эталоны микроструктуры, Сгандартгиз, 1956.
7. Стандарты на сталь, Стандартгиз, 1958.
8. ГОСТ 1778-57. Сталь — эталоны неметаллических включений, Стандарт-
тиз, 1957.
9. ГОСТ 3443-57. Чугун —- эталоны микроструктуры, Стандартгиз, 1957.
10. Жолобов В. В. и Зедин Н. И., Металлургический атлас по меди
® медным сплавам, Металлургиздат, 1949.
11. Кащенко Г. А., Практические занятия по металлографии, Металлург-
издат, 1936.
12. Лунев Ф. А., Лабораторные работы по металловедению, Машгиз,
1955.
13. Масленников Ф. И., Лабораторный практикум по металловедению,
«Машгиз, 1955.
14. Машиностроение, Энциклопедический справочник, т. 3, Машгиз, 1943.
15. Металловедение и термическая обработка, Справочник, Металлургиздат,
1956.
16. Погодин-Алексеев Г. И. и др., Металловедение, Обороигиз,
1950.
17. Применение электронной микроскопии, Металлургиздат, 1957.
18. Современные методы испытания материалов в машиностроении, Машгиз,
4956.
19. Современные физические методы исследования в металловедении, Метал
лургиздат, 1958.
20. Физико-химические методы исследования металлов, под ред. П. И. Еремина,
ЦНИИТМАШ, кн. 36 и 59, Машгиз, 1950 и 1953.
21. Червяков А. II., Металлографическое определение включений в стали,
Металлургиздат, 1953.
22. Шепеляковскнй К- 3., Самоотпуск стали при высокочастотной
закалке, Машгиз, 1955.
23. Atlas Metallographique de Microstructures Types, 1957.
24. Bennett A. II. н др.. Phase Microscopy-Principles and Application, 1951.
25. Berglund T., Handbuch der metal lographischen Schleif-, Polier-und
Atzverfaren 1940.
26. H a n e m a n n II Schrader A., Atlas Metallographicus, 1952 r.
и за предыдущие годы.
27. Electron Microstructure of steel, ASTM, 1950.
28. К e h 1 G. L., The Principles of Metallographic Laboratory Practice, 1949.
29. Metals Handbook ASM, 1948.
30. Metals Handbook ASM, Supplement, 1954.
31. Metals Handbook ASM, Supplement, 1955.
32. M о d i n H. and M о d i n S., Pearlite and Bainite Structures, Yernkont.
An. n. 139 (1955).
33. Proceedings ASTM, vol. 50, p. 444 (1950); vol. 52, p. 543 (1952); vol. 53.
34. Proceedings of the Third International Conference on Electron Microscopy,
1956.
35. Schrader A., Atzheft., 1941.
36. Schumann H-, Metallographic, 1958.
37. Symposium on Techniqus for Electron Metallography, ASTM, 1953.
38. Typical Microstructures of Cast Metals, 1957.
39. \ i 1 1 e 1 a J. R., Metallographic Technique for Steel, 1938.
-----v-
Ж; * a. 1
*•
" 4
СОДЕРЖАНИЕ
Введение . . .............. . . .... .... 3
Техника микроскопического анализа ............................................ 4
§ 1. Вырезка образцов, их размеры, запрессовка в пластмассу и предвари-
тельная подготовка поверхности ........ . . 4
§ 2. Шлифование, полирование и травление . ... 5
§ 3. Микрофотографирование . ... . . ........... . 11
Описание микроструктур............................. ... ........... 13
§ 1. Основные элементы микроструктуры стали и чугуна . . 13
§ 2. Макро- и микроструктура углеродистой стали - 22
§ 3. Микроструктура чугуна................ .... . . . . 34
§ 4. Микроструктура стали после закалки и отпуска ..................... 45
§ 5. Макро- и микроструктура стали после поверхностного упрочнения . 55
§ 6. Микроструктура инструментальной стали и твердых сплавов 64
§ 7. Микроструктура цветных и подшипниковых сплавов .... 64
§ 8. Микроструктуры металлов и сплавов для вопросов студентам . . 83
Литература . . .. . . . . . . . 87
Николай Феодосиевич Болховитинов и Елена Николаевна Болховитинова
АТЛАС МАКРО- И МИКРОСТРУКТУР МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ
Редактор издательства инж. В. В. Рмавинский
Технический редактор 3. И. Чернова. Корректор Б. С. Нанкина
Сдано в производство 27/V 1959 г. Подписано к печати 21/VIII 1959 г. Т-09064.
Тираж 13 000 экз. Печ. л. 11. Уч.-изд. л. 11. Бум. л. 5,5. Формат 60X92/8. Зак. 586
Типография № 6 УПП Лен совнархоза, Ленинград, ул. Моисеенко, 10