Перлит

Пластинчатая структура феррита и цементита

Перлит — это двухфазная пластинчатая (или слоистая) структура, состоящая из чередующихся слоев феррита ( 87,5 мас.%) и цементита (12,5 мас.%), которая встречается в некоторых сталях и чугунах . При медленном охлаждении железоуглеродистого сплава перлит образуется в результате эвтектоидной реакции, когда аустенит охлаждается ниже 723 °C (1333 °F) (температура эвтектоида). Перлит — это микроструктура, встречающаяся во многих распространенных марках сталей.

Состав

Эвтектоидный состав аустенита составляет приблизительно 0,76% углерода ; сталь с меньшим содержанием углерода ( доэвтектоидная сталь ) будет содержать соответствующую долю относительно чистых кристаллитов феррита, которые не участвуют в эвтектоидной реакции и не могут превратиться в перлит. Аналогично стали с большим содержанием углерода ( гиперэвтектоидные стали ) будут образовывать цементит до достижения эвтектоидной точки. Доля феррита и цементита, образующихся выше эвтектоидной точки, может быть рассчитана из фазовой диаграммы равновесия железо/железо—карбид с использованием правила рычага .

Стали с перлитной (эвтектоидный состав) или почти перлитной микроструктурой (почти эвтектоидный состав) можно вытягивать в тонкую проволоку. Такая проволока, часто скрученная в канаты, используется в коммерческих целях в качестве рояльной проволоки, канатов для подвесных мостов и в качестве стального корда для армирования шин. Высокая степень вытяжки проволоки (логарифмическая деформация выше 3) приводит к получению перлитной проволоки с пределом текучести в несколько гигапаскалей. Это делает перлит одним из самых прочных конструкционных объемных материалов на земле. ^[1] Некоторые гиперэвтектоидные перлитные стальные проволоки при холодном вытягивании до истинных (логарифмических) деформаций выше 5 могут даже показывать максимальную прочность на разрыв выше 6 ГПа (870 ksi). ^[2] Хотя перлит используется во многих инженерных приложениях, происхождение его чрезвычайной прочности не совсем понятно. Недавно было показано, что холодное волочение проволоки не только укрепляет перлит за счет измельчения структуры пластин, но и одновременно вызывает частичное химическое разложение цементита, связанное с повышенным содержанием углерода в ферритной фазе, дефектами решетки, вызванными деформацией в ферритных пластинах, ^[3] и даже структурным переходом от кристаллического к аморфному цементиту. Разложение, вызванное деформацией, и микроструктурное изменение цементита тесно связаны с несколькими другими явлениями, такими как сильное перераспределение углерода и других легирующих элементов, таких как кремний и марганец , как в цементите, так и в ферритной фазе; изменение аккомодации деформации на границах раздела фаз из-за изменения градиента концентрации углерода на границах раздела; и механическое легирование. ^[4]

Перлит был впервые обнаружен Генри Клифтоном Сорби и первоначально назван сорбитом, однако сходство микроструктуры с перламутром и особенно оптический эффект, вызванный масштабом структуры, сделали альтернативное название более популярным.

Перлит образуется в результате совместного роста феррита и цементита во время распада аустенита. На морфологию перлита существенное влияние оказывают скорость охлаждения и температура намотки. При более низких температурах намотки перлит образуется с более мелким расстоянием между пластинами, что приводит к улучшению механических свойств из-за более мелкого распределения слоев феррита и цементита. Наоборот, при более высоких температурах намотки перлит образуется с более грубыми пластинами, и наблюдается меньшее количество перлита, поскольку грубые частицы цементита имеют тенденцию доминировать в структуре. Диффузия углерода во время образования перлита, непосредственно перед фронтом роста, имеет решающее значение для определения толщины пластин и, следовательно, прочности стали ^[5] .

Бейнит — это похожая структура с пластинками, размер которых намного меньше длины волны видимого света , и поэтому не имеет этого перламутрового вида. Он готовится путем более быстрого охлаждения. В отличие от перлита, образование которого включает диффузию всех атомов, бейнит растет по механизму смещения.

Превращение перлита в аустенит происходит при более низкой критической температуре 723 °C (1333 °F). При этой температуре перлит превращается в аустенит в результате процесса зародышеобразования.

Эвтектоидная сталь

Эвтектоидная сталь в принципе может быть полностью преобразована в перлит; доэвтектоидные стали также могут быть полностью перлитными, если преобразованы при температуре ниже нормальной эвтектоидной. ^[6]^[7] Перлит может быть твердым и прочным, но не особенно жестким . Он может быть износостойким из-за прочной пластинчатой сети феррита и цементита. Примерами применения являются режущие инструменты , высокопрочная проволока , ножи , зубила и гвозди .

Ссылки

^ Раабе, Д.; Чой, П. П.; Ли, Ю. Дж.; Костка, А.; Соваж, Х.; Лекутюрье, Ф.; Хоно, К.; Кирххайм, Р.; Пиппан, Р.; Эмбери, Д. (2010), Металлические композиты, обработанные с помощью экстремальной деформации — к пределам прочности объемных материалов , т. 35, Бюллетень MRS, стр. 982.
^ Ли, Y.; Раабе, D.; Хербиг, MJ; Чой, PP; Гото, S.; Костка, A.; Ярита, H.; Бохерс, C.; Кирххайм, R. (2014), «Сегрегация стабилизирует нанокристаллическую объемную сталь с прочностью, близкой к теоретической», Physical Review Letters , 113 (10): 106104, Bibcode : 2014PhRvL.113j6104L, doi : 10.1103/PhysRevLett.113.106104, PMID 25238372 .
^ Chen, YZ; Csiszár, G.; Cizek, J.; Westerkamp, S.; Borchers, C.; Ungár, T.; Goto, S.; Liu, F.; Kirchheim, R. (2013-04-10). «Дефекты в богатом углеродом феррите холоднотянутых перлитных стальных проводов». Metallurgical and Materials Transactions A. 44 ( 8): 3882– 3889. Bibcode : 2013MMTA...44.3882C. doi : 10.1007/s11661-013-1723-x. ISSN 1073-5623. S2CID 135839236.
^ Ли, YJ; Цой, ПП; Борчерс, К.; Вестеркамп, С.; Гото, С.; Раабе, Д.; Кирххайм, Р. (2011), «Механизмы деформационного разложения цементита в перлите на атомном уровне», Acta Materialia , 59 (10): 3965, Bibcode : 2011AcMat..59.3965L, doi : 10.1016/j.actamat.2011.03.022 .
^ Alvarenga HD, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (февраль 2017 г.). «Кинетика образования и распада аустенита в связи с морфологией карбида». Metall Mater Trans A. 48 : 828– 840. doi : 10.1007/s11661-016-3874-z.
^ Alvarenga HD, Van de Putte T, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (апрель 2009 г.). «Влияние морфологии и микроструктуры карбида на кинетику поверхностного обезуглероживания сталей C-Mn». Metall Mater Trans A. 46 : 123– 133. doi : 10.1007/s11661-014-2600-y. S2CID 136871961.
^ "Эвтектоидная сталь - Инженерный словарь - EngNet".

Дальнейшее чтение

Полная информация о перлите
Введение в физическую металлургию Сиднея Х. Авнера, второе издание, McGraw Hill Publications.
Стали: обработка, структура и эксплуатационные характеристики , Глава 15. Высокоуглеродистые стали: полностью перлитные микроструктуры и области применения. Архивировано 13 августа 2012 г. на Wayback Machine Джорджем Крауссом, издание 2005 г., ASM International.

Внешние ссылки

Медиа, связанные с перлитом на Wikimedia Commons

[strong-1] Раабе, Д.; Чой, П. П.; Ли, Ю. Дж.; Костка, А.; Соваж, Х.; Лекутюрье, Ф.; Хоно, К.; Кирххайм, Р.; Пиппан, Р.; Эмбери, Д. (2010), Металлические композиты, обработанные с помощью экстремальной деформации — к пределам прочности объемных материалов , т. 35, Бюллетень MRS, стр. 982.

[strong2-2] Ли, Y.; Раабе, D.; Хербиг, MJ; Чой, PP; Гото, S.; Костка, A.; Ярита, H.; Бохерс, C.; Кирххайм, R. (2014), «Сегрегация стабилизирует нанокристаллическую объемную сталь с прочностью, близкой к теоретической», Physical Review Letters , 113 (10): 106104, Bibcode : 2014PhRvL.113j6104L, doi : 10.1103/PhysRevLett.113.106104, PMID 25238372 .

[3] Chen, YZ; Csiszár, G.; Cizek, J.; Westerkamp, S.; Borchers, C.; Ungár, T.; Goto, S.; Liu, F.; Kirchheim, R. (2013-04-10). «Дефекты в богатом углеродом феррите холоднотянутых перлитных стальных проводов». Metallurgical and Materials Transactions A. 44 ( 8): 3882– 3889. Bibcode : 2013MMTA...44.3882C. doi : 10.1007/s11661-013-1723-x. ISSN 1073-5623. S2CID 135839236.

[strongpearlite-4] Ли, YJ; Цой, ПП; Борчерс, К.; Вестеркамп, С.; Гото, С.; Раабе, Д.; Кирххайм, Р. (2011), «Механизмы деформационного разложения цементита в перлите на атомном уровне», Acta Materialia , 59 (10): 3965, Bibcode : 2011AcMat..59.3965L, doi : 10.1016/j.actamat.2011.03.022 .

[Alvarengahd-5] Alvarenga HD, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (февраль 2017 г.). «Кинетика образования и распада аустенита в связи с морфологией карбида». Metall Mater Trans A. 48 : 828– 840. doi : 10.1007/s11661-016-3874-z.

[Alvarenga-6] Alvarenga HD, Van de Putte T, Van Steenberge N, Sietsma J, Terryn H (апрель 2009 г.). «Влияние морфологии и микроструктуры карбида на кинетику поверхностного обезуглероживания сталей C-Mn». Metall Mater Trans A. 46 : 123– 133. doi : 10.1007/s11661-014-2600-y. S2CID 136871961.

[7] "Эвтектоидная сталь - Инженерный словарь - EngNet".