Доэвтектоидная, эвтектоидная и заэвтектоидная сталь

Доэвтектоидная, эвтектоидная и заэвтектоидная сталь: два уровня баланса

Разделение сталей по отношению к эвтектоидному составу объясняет, какая составляющая выделяется из аустенита раньше перлитного распада при достаточно медленном охлаждении. В бинарном приближении доэвтектоидная сталь содержит меньше углерода, чем выбранный эвтектоидный состав; заэвтектоидная — больше. Это структурная классификация относительно диаграммы, а не универсальное определение качества, назначения или режима обработки стали.

Для всех расчётов ниже принят Cе = 0,76 масс. %, Cα = 0,022 масс. % и Cθ = 6,67 масс. %. В литературе встречаются другие округлённые значения Cе, поэтому их нельзя смешивать внутри одной таблицы. Легирование смещает границы, а быстрое охлаждение меняет продукты превращения. Формулы используются только для условной бинарной схемы у эвтектоидной температуры.

Что выделяется до образования перлита

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →

В первой группе растущий феррит обеднён углеродом, поэтому остаточный аустенит обогащается до Cе. Во второй группе идеализированному исходному аустениту не требуется выделять дополнительную доэвтектоидную составляющую. В третьей группе выделение цементита, напротив, снижает углерод остаточного аустенита. Продукт этого остаточного аустенита учитывают как перлит на уровне структурных составляющих.

Пример 1: сталь с условным C0 = 0,40 %

Массовая доля перлита wP = (C0 − Cα)/(Cе − Cα) = (0,40 − 0,022)/(0,76 − 0,022) = 0,512195. Доэвтектоидного феррита wα,до = 1 − wP = 0,487805. Для 100 кг материала это 51,2195 кг перлита и 48,7805 кг доэвтектоидного феррита. Проверка общего углерода: 51,2195·0,76/100 + 48,7805·0,022/100 = 0,400000 кг.

Внутри перлита цементит занимает массовую долю 0,111011. Поэтому его общая доля в данном образце wθ = wP·0,111011 = 0,056859, или 5,6859 %. Остальной феррит находится как внутри перлита, так и вне него. Значения 51,22 % перлита и 94,31 % суммарного феррита не противоречат друг другу: они относятся к разным уровням описания.

Пример 2: сталь с условным C0 = 1,20 %

Доля доэвтектоидного цементита wθ,до = (C0 − Cе)/(Cθ − Cе) = (1,20 − 0,76)/(6,67 − 0,76) = 0,074450. Доля перлита равна 0,925550, или 92,5550 %. Суммарный цементит включает также цементит перлита: wθ,сум = wθ,до + wP·0,111011 = 0,177196, или 17,7196 %. Дополнительная проверка — прямой фазовый баланс (1,20 − 0,022)/(6,67 − 0,022), дающий тот же результат.

Инженерная интерпретация

Назначать прочность детали только по вычисленной доле перлита нельзя. Значение имеют дисперсность, зерно, морфология цементита, включения и термическая история. Непрерывная карбидная сетка и отдельные частицы обладают разным влиянием на разрушение даже при одинаковой массовой доле. Для заэвтектоидного материала особенно важно отличать количество карбида от его распределения.

Расчёт следует проверять на положительность долей, сумму единица и сохранение углерода. Если C0 ниже принятой растворимости Cα, формула первой группы даст отрицательное число: это сигнал выхода за область применения, а не физический результат. Данные микрофотографии оценивают прежде всего объёмные доли, тогда как здесь получены массовые. При закалке, обезуглероживании, ликвации и наличии специальных карбидов требуется более полное описание материала.

Источники и область использования

Таблицу можно прокручивать по горизонтали →