Перлит

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 . Во время медленного охлаждения 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 примерно 0,8% 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. Аналогичным образом, стали с более высоким содержанием углерода ( заэвтектоидные стали ) образуют цементит до достижения точки эвтектоида. Доля феррита и цементита, образующихся выше точки эвтектоида, может быть рассчитана по фазовой диаграмме равновесия железо/железо-карбид с использованием правила рычага .

Стали с перлитной (эвтектоидный состав) или околоперлитной микроструктурой (околоэвтектоидный состав) можно тянуть в тонкие проволоки. Такие проволоки, часто связанные в канаты, коммерчески используются в качестве струн для фортепиано, канатов для подвесных мостов и в качестве стального корда для армирования шин. Высокие степени волочения проволоки (логарифмическая деформация выше 3) приводят к получению перлитных проволок с пределом текучести в несколько гигапаскалей. Это делает перлит одним из самых прочных конструкционных сыпучих материалов на Земле. ^[1]Некоторые заэвтектоидные перлитные стальные проволоки, когда холодная проволока тянутся до истинной (логарифмической) деформации выше 5, могут даже демонстрировать максимальную прочность на разрыв выше 6 ГПа (870 фунтов на квадратный дюйм). ^[2] Хотя перлит используется во многих инженерных приложениях, причина его чрезвычайной прочности не совсем понятна. Недавно было показано, что холодное волочение проволоки не только усиливает перлит за счет измельчения структуры ламелей, но и одновременно вызывает частичное химическое разложение цементита, связанное с повышенным содержанием углерода в ферритной фазе, деформационными дефектами решетки в ферритовых ламелях, ^[3] и даже структурный переход от кристаллического цементита к аморфному. Вызванное деформацией разложение и микроструктурное изменение цементита тесно связано с рядом других явлений, таких 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 за счет изменения градиента концентрации углерода на границах раздела фаз; и механическое легирование. ^[4]

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

Бейнит представляет собой аналогичную структуру с пластинками, намного меньшими, чем длина волны видимого света , и поэтому не имеет перламутрового блеска. Его готовят путем более быстрого охлаждения. В отличие от перлита, образование которого предполагает диффузию всех атомов, бейнит растет по механизму вытесняющего превращения.

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 полностью превратиться в перлит; доэвтектоидные стали также могут быть полностью перлитными, если они превращаются при температуре ниже нормальной эвтектоидной. ^[5]^[6] Перлит может быть твердым и прочным, но не особенно прочным . Он может быть износостойким благодаря прочной пластинчатой сетке феррита и цементита. Примеры применения включают режущие инструменты , высокопрочную проволоку , ножи , долота и гвозди .

Ссылки

^ Раабе, Д.; Цой, ПП; Ли, Ю.Дж.; Костка, А.; Соваж, X.; Лекутюрье, Ф.; Хоно, К.; Кирххайм, Р.; Пиппан, Р.; Эмбери, Д. (2010), Металлические композиты, обработанные экстремальной деформацией. К пределам прочности объемных материалов , вып. 35, Бюллетень МРС, с. 982 .
^ Ли, Ю.; Раабе, Д.; Хербиг, MJ; Цой, ПП; Гото, С.; Костка, А.; Ярита, Х.; Бохерс, К.; Kirchheim, R. (2014), «Сегрегация стабилизирует нанокристаллическую массовую сталь с почти теоретической силой», Physical Review Letters , 113 (10): 106104, Bibcode : 2014 Phrvl.113J6104L , DOI : 10.1103/physrevlett.113.106104 , PMID 252333372 .
^ Чен, Ю.З.; Чисар, Г.; Чижек, Дж.; Вестеркамп, С.; Борчерс, К.; Унгар, Т.; Гото, С.; Лю, Ф.; Кирххайм, Р. (10 апреля 2013 г.). «Дефекты в богатом углеродом феррите холоднотянутых перлитных стальных проволок». Металлургические и сырьевые операции А . 44 (8): 3882–3889. Бибкод : 2013MMTA...44.3882C . дои : 10.1007/s11661-013-1723-x . ISSN 1073-5623 . S2CID 135839236 .
^ Ли, Ю.Дж.; Цой, ПП; Борчерс, К.; Вестеркамп, С.; Гото, С.; Рабе, 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 .
^ Альваренга Х.Д., Ван де Путте Т., Ван Стинберг Н., Ситсма Дж., Террин Х. (апрель 2009 г.). «Влияние морфологии и микроструктуры карбидов на кинетику поверхностного обезуглероживания сталей C-Mn». Металл Матер Транс А. 46 : 123–133. дои : 10.1007/s11661-014-2600-y . S2CID 136871961 .
^ «Эвтектоидная сталь — Инженерный словарь — EngNet» .

Дальнейшее чтение

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

Внешние ссылки

СМИ, связанные с перлитом , на Викискладе?

[strong-1] Раабе, Д.; Цой, ПП; Ли, Ю.Дж.; Костка, А.; Соваж, X.; Лекутюрье, Ф.; Хоно, К.; Кирххайм, Р.; Пиппан, Р.; Эмбери, Д. (2010), Металлические композиты, обработанные экстремальной деформацией. К пределам прочности объемных материалов , вып. 35, Бюллетень МРС, с. 982 .

[strong2-2] Ли, Ю.; Раабе, Д.; Хербиг, MJ; Цой, ПП; Гото, С.; Костка, А.; Ярита, Х.; Бохерс, К.; Kirchheim, R. (2014), «Сегрегация стабилизирует нанокристаллическую массовую сталь с почти теоретической силой», Physical Review Letters , 113 (10): 106104, Bibcode : 2014 Phrvl.113J6104L , DOI : 10.1103/physrevlett.113.106104 , PMID 252333372 .

[3] Чен, Ю.З.; Чисар, Г.; Чижек, Дж.; Вестеркамп, С.; Борчерс, К.; Унгар, Т.; Гото, С.; Лю, Ф.; Кирххайм, Р. (10 апреля 2013 г.). «Дефекты в богатом углеродом феррите холоднотянутых перлитных стальных проволок». Металлургические и сырьевые операции А . 44 (8): 3882–3889. Бибкод : 2013MMTA...44.3882C . дои : 10.1007/s11661-013-1723-x . ISSN 1073-5623 . S2CID 135839236 .

[strongpearlite-4] Ли, Ю.Дж.; Цой, ПП; Борчерс, К.; Вестеркамп, С.; Гото, С.; Рабе, 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-5] Альваренга Х.Д., Ван де Путте Т., Ван Стинберг Н., Ситсма Дж., Террин Х. (апрель 2009 г.). «Влияние морфологии и микроструктуры карбидов на кинетику поверхностного обезуглероживания сталей C-Mn». Металл Матер Транс А. 46 : 123–133. дои : 10.1007/s11661-014-2600-y . S2CID 136871961 .

[6] «Эвтектоидная сталь — Инженерный словарь — EngNet» .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]