От Автора Среди любителей углеродистые стали имеют репутацию «живых», в отличие от сталей легированных, имеющих репутацию «мертвых». Почему? Надеюсь, это станет ясно из последующего изложения. Занимательности ради, я постарался избегать скучных химических подробностей.
О стали
Начнем с самого понятия стали — сплава железа (Fe) с углеродом (С), в котором углерода содержится менее 2% и ее свойств. Структурной составляющей сплава является химическое соединение железа с углеродом — карбид железа (цементит). Механические свойства стали определяются процентным содержанием углерода, а также других желательных химических элементов и примесью нежелательных (серы и фосфора). Если же сталь не содержит легирующих элементов (марганец, кремний, никель, хром, молибден, вольфрам), ее именуют углеродистой.
Чтобы понимать свойства стали, следует иметь понятие об особенностях процессов растворения углерода в железе. Из курса химии нам известно, что железо существует в двух модификациях: альфа-железо, устойчивое при температурах ниже 910 градусов Цельсия и выше 1390 градусов Цельсия и гамма-железо, устойчивое в интервале температур 910-1390 градусов Цельсия. Их кристаллическая решетка различна. Изменения кристаллической решетки при нагревании и охлаждении именуется полиморфизмом. На этом свойстве основываются технологии термомеханической обработки стальных изделий.
Мы уже знаем, что железо с углеродом образует химическое соединение карбид железа (цементит). Углерод способен растворяться не только в расплавленном, но также в твердом железе. Твердый раствор углерода в гамма-железе называют аустенитом, а в альфа-железе — ферритом.
При нагреве и охлаждении железо переходит из одной формы в другую. При охлаждении до температуры 727 градусов Цельсия аустенит распадается на феррит и цементит. Этот процесс называется эвктоидным превращением, а получающаяся в результате распада феррито-цементитная структура эвктоидом. Эта двухфазная структура — из микроскопических частиц феррита (светлые) и цементита (темные) — именуется перлит.
Если феррит является пластинчатым и вязким материалом, а цементит — твердым и прочным, то перлит совмещает в себе противоположные качества: пластинчатость и твердость, вязкость и прочность.
И в аустените и в феррите углерод растворим в ограниченных количествах. С понижением температуры падает растворимость углерода в аустените и феррите, и избыточный углерод выделяется из раствора в виде цементита.
При температуре 727 градусов Цельсия содержание углерода в аустените соответствует 0,8%. В стали, содержащей 0,8% углерода, весь аустенит превращается в перлит. Поэтому такая сталь после медленного охлаждения будет представлять собой пластинчатый перлит. Она называется эвктоидной.
Сталь с содержанием углерода до 0,8% называется доэвктоидной. После медленного охлаждения такой стали нагретой до температуры перлитного превращения (727 градусов Цельсия) ее структура состоит из феррита и перлита.