Основными техническими материалами являются металлические сплавы, состоящие из двух и более компонентов (металлов и неметаллов). Входящие в состав сплава компоненты, взаимодействуя между собой в, зависимости от своей химической природы, концентрации и внешних параметров системы (температуры) образуют различные фазы. Эти фазы в различных соотношениях и формах составляют микроструктуры сплава и определяют его свойства.

В данной работе рассмотрим соотношение структурных составляющих на примере железоуглеродистого сплава, структура которого меняется в зависимости от содержания углерода.

Цель работы: С помощью светового микроскопа Meiji Techno и компьютерной системы анализа изображений Thixomet PRO определить соотношения структурных составляющих в сталях и сплавах.

Микроструктура и свойства углеродистой стали

В равновесном состоянии

Количественное соотношение этих структурных составляющих в стали зависит от массовой доли углерода в стали. Поскольку феррит содержит очень мало углерода (менее 0,006 %), то основным носителем углерода в доэвтектоидной стали является перлит, характеризующийся постоянной массовой долей углерода (0,8 %). Поэтому с увеличением в стали массовой доли углерода доля перлита в структуре увеличивается, а феррита соответственно уменьшается (рис.1). Изменение структуры влечет за собой изменения механических свойств (рис. 2). Направление этих изменений можно определить на основе сопоставления свойств структурных составляющих. Перлит содержит 88 % ферритной фазы и 12 % цементитной и поэтому, по сравнению с ферритной структурной составляющей, обладает большей твердостью и прочностью. Следовательно, с увеличением массовой доли углерода в доэвтектоидной стали увеличивается доля перлита в ее структуре, что приводит к увеличению твердости и прочности и уменьшению пластичности и ударной вязкости.

                              а                                                 б

                              в                                                 г

Рис. 1. Микроструктура стали в равновесном состоянии при различном содержании углерода: а – сталь марки 20 - 0,2 % С; б - сталь марки 45 - 0,45 % С; в - сталь марки 60 - 0,6 % С; г - сталь марки У8 - 0,8 % С

Для количественной оценки микроструктуры стали  в соответствии с ГОСТ 8233-56 установлен ряд эталонных шкал. Для определения количественного соотношения перлита и феррита при увеличении 100 крат предусмотрена следующая шкала, в которой указывается соотношение перлита и феррита: балл 1 (100/0), 2 (95/5), 3 (85/15),4 (75/25),

Рис. 2. Влияние содержания углерода на механические свойства талей: s_в – временное сопротивление разрыву, HB – твердость по Бринеллю, KCV – ударная вязкость, d - относительное удлинение, y - относительное     сужение

5 (65/35), 6 (50/50), 7 (35/65), 8 (20/80), 9 (5/95), 10 (0/100) . Эта шкала пригодна для оценки соотношения перлита и феррита независимо от характера перлитных участков (пластинчатый, зернистый или смешанный) или от их дисперсности , что устанавливается дополнительно на основании сопоставления с другими шкалами.

Для автоматизированного количественного анализа соотношения феррит-перлит в программном продукте Thixomet PRO существует специальный модуль – «Определение размера перлитных колоний». Этот модуль разработан для оценки размера перлитных колоний, а также для определения соотношения перлита и феррита в структуре стали. Для распознавания перлитных колоний используется выделение границ по перепадам яркости, а также их реконструкция по морфологии. По результатам измерений публикуется отчет с процентным соотношением перлита и феррита и баллом, назначенным по аналогии с оценкой размера ферритного зерна по ГОСТ 5639.