Микроструктуры черных и цветных металлов

УДК 669.1/.8.017.16:539.24

Анисович, А. Г. Микроструктуры черных и цветных металлов / А. Г. Анисович, А. А. Андрушевич. – Минск: Беларуская 
навука, 2015. – 131 с. – ISBN 978-985-08-1883-6.

В монографии анализируются микроструктуры черных и цветных металлов и их сплавов, преимущественно выполненные при помощи оптической микроскопии, содержатся материалы для самостоятельного изучения 
структур железоуглеродистых и цветных сплавов в равновесном и неравновесном состояниях, определения структурных составляющих, методические 
указания для подготовки и анализа структур на лабораторных работах.
Может быть использована в качестве учебного пособия для студентов 
технических специальностей высших учебных заведений Республики Беларусь при прохождении теоретического курса и проведении лабораторных занятий по материаловедению.
Табл. 5. Ил. 98. Библиогр.: 17 назв.

Р е ц е н з е н т ы:

доктор технических наук, профессор А. А. Шипко,
доктор технических наук, профессор М. Л. Хейфец

© Анисович А. Г., Андрушевич А. А., 2015
© Оформление. РУП «Издательский дом 
«Беларуская навука», 2015

ISBN 978-985-08-1883-6

ПРЕДИСЛОВИЕ

Наибольшее применение в промышленности, науке и быту 
находят металлические материалы – железоуглеродистые сплавы (стали и чугуны), цветные металлы (алюминий, медь, свинец, 
сурьма, цинк)  и их сплавы, структура и свойства которых зависят от многих факторов: химического состава, способов получения, термической обработки и т. д. Свойства металлов и сплавов 
определяются их внутренним строением – структурой. Для  
изучения строения металлов и сплавов используют различные 
методы исследований: макроструктурный анализ, микроструктурный анализ, рентгеноструктурный анализ и др.
Наиболее распространенным методом является микроструктурный анализ, который заключается в исследовании структуры металлов и сплавов при помощи микроскопов с различными 
увеличениями. Он позволяет увидеть структуру металлических 
материалов – различные фазы, зерна, неметаллические включения и т. д., а также провести их количественную оценку.
Результаты исследования микроструктуры являются основанием для назначения режимов обработки (термической обработки, обработки давлением, поверхностного упрочнения и т. д.)  
с целью достижения требуемых физико-химических и эксплуатационных свойств металлов и сплавов.
В связи с этим знание микроструктур черных и цветных металлов и сплавов, их анализ имеют важное теоретическое и практическое значение при изучении дисциплины «Материаловедение». 

Монография состоит из 10 глав, которые содержат общие 
сведения о микроструктурном анализе, изображения микроструктур черных и цветных металлов и их сплавов, описание представленных структур в равновесном состоянии, после термической обработки, а также поверхностного упрочнения. Рассмотрены некоторые практические задачи, решаемые с помощью 
микроструктурного анализа; кратко представлены вопросы методики пробоподготовки. Особое внимание уделено микроструктурам углеродистых и легированных сталей и чугунов.
Издание предназначено для студентов и магистрантов выс
ших технических учебных заведений при изучении теоретического курса и проведении лабораторных работ по материаловедению и разработано в соответствии с типовой учебной  
программой дисциплины «Материаловедение. Технология конструкционных материалов».

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Азотирование – диффузионное насыщение поверхности стали 
азотом.
Анизотропия – различие свойств кристалла по различным кристаллографическим направлениям.
Аустенит – твердый раствор внедрения углерода (С) в γ-железе (Feg).
Аустенитизация – процесс превращения феррито-цементитной смеси (перлита) в аустенит при нагреве выше критических точек 
1с
А  и 
3с
А .

Баббит – мягкий антифрикционный сплав на основе олова и свинца.
Бейнит (Б) – игольчатая микроструктура, представляющая собой 
мелкодисперсную смесь феррита и цементита,  с твердостью 45–55 HRC.
Борирование – диффузионное насыщение поверхности стали  
бором.
Бронза – сплав меди со всеми элементами, кроме цинка и никеля.
Диаграмма изотермического превращения (распада) аустенита – 
графическое изображение начала и конца превращения аустенита при 
различных скоростях охлаждения.
Диаграмма состояния сплавов – графическое изображение изменения равновесного состояния сплавов в зависимости от температуры 
и концентрации.
Диаграмма состояния сплавов системы «железо–цементит» – 
графическое изображение неравновесного (метастабильного) состояния железоуглеродистых сплавов в зависимости от температуры и концентрации углерода.
Диаграмма состояния сплавов системы «железо–графит» – графическое изображение равновесного (стабильного) состояния железоуглеродистых сплавов в зависимости от температуры и концентрации 
углерода.
Дюралюмин – деформируемый сплав системы «алюминий–медь–
магний».

Закалка – операция термической обработки, предназначенная 
для получения неравновесной структуры мартенсита высокой твердости и заключающаяся в нагреве стали выше критической температуры, выдержке при ней и последующем охлаждении со скоростью выше 
критической.
Закалка с самоотпуском – поверхностная закалка изделия с крат
ковременным охлаждением в закалочной среде и нагревом наружных 
слоев до температуры отпуска за счет тепла сердцевины.
Зерно – кристалл с правильным внутренним строением и иска
женной внешней формой в поликристаллическом металле.
Компонент – химический элемент, входящий в состав сплава.
Кривая охлаждения – зависимость изменения температуры  от времени при охлаждении сплава.
Кристалл – твердое тело, имеющее упорядоченное взаимное расположение образующих его частиц (атомов, ионов, молекул).
Кристаллизация – процесс фазового перехода металла из жидкого в твердое состояние.
Кристаллит – монокристалл  с неправильной внешней формой.
Кристаллическая решетка – присущее веществу в кристаллическом состоянии правильное расположение атомов (ионов, молекул), 
характеризующееся периодической повторяемостью в трех измерениях.
Критическая скорость закалки (Vкр) – наименьшая скорость  
охлаждения стали, при которой образуется мартенсит.
Критическая точка (температура) – температура сплава, при которой изменяется его фазовое состояние.
Латунь – сплав меди с цинком.
Ледебурит (Л) – эвтектическая смесь аустенита и цементита.
Макроструктура – структура металла, наблюдаемая при макро
анализе.
Макрошлиф – шлифованный и протравленный образец металла 
для исследования макроструктуры.
Макроструктурный анализ (макроанализ) – исследование строения металла невооруженным глазом или при небольших увеличениях (до 30 крат).
Мартенсит (М) – пересыщенный твердый раствор углерода в α-же
лезе (Fea).
Мартенситное превращение – бездиффузионное превращение 
переохлажденного аустенита в мартенсит при очень быстром охлаждении стали.

Материаловедение – наука, изучающая внутреннее строение и свойства материалов и устанавливающая связь  между их химическим составом, строением и свойствами. 
Металловедение – наука, изучающая структуру и свойства металлов и сплавов и устанавливающая взаимосвязь  между их химическим составом, структурой и свойствами.
Металлография – раздел металловедения, описывающий изменение структуры металлов и сплавов в зависимости от химического состава и условий  обработки.
Металлизация – диффузионное насыщение сталей металлами.
Микроскопия – изучение структуры материалов с помощью микроскопов.
Оптическая микроскопия – изучение структуры материалов 
с помощью оптических микроскопов.
Электронная микроскопия – изучение структуры материалов с помощью электронных микроскопов.
Микроструктура – изображение внутреннего строения материала, видимое при помощи микроскопа, представляющее собой взаимное расположение различных фаз, форму и размер кристаллитов.
Микроструктурный анализ (микроанализ) – исследование микроструктуры материалов при больших увеличениях с помощью оптических (до 2000 крат) или электронных (до 50 000 крат) микроскопов.

Микрошлиф – специально подготовленный образец с плоской зеркально полированной поверхностью для выявления микроструктуры.
Модифицирование – процесс регулирования кристаллизации сплава путем введения в него малых добавок элементов (или их соединений) для измельчения структуры и повышения ее однородности.
Неполная закалка – закалка, при которой сталь нагревается до 
температуры выше критической точки 
1с
А  на 30–50 °С, выдержива
ется при этой температуре и охлаждается со скоростью выше критической.
Нитроцементация – одновременное насыщение сталей углеродом 
и азотом в газовых средах. 
Нормализация – операция термической обработки, при которой 
стали, нагретые до определенных температур выше критических,  
охлаждаются на воздухе.
Обезуглероживание – снижение содержания углерода в поверхностных слоях стали при нагреве.
Объемная закалка – закалка с нагревом всего объема изделия.
Отжиг – операция термической обработки с нагревом до опре
деленных температур, выдержкой и с последующим медленным  

охлаждением, предназначенная для снижения твердости, повышения 
однородности структуры и снятия внутренних напряжений.
Отпуск – вид термической обработки, заключающейся в нагреве 
закаленной стали до температур ниже критической точки 
1с
А , выдержке и последующем охлаждении.
Низкий отпуск – нагрев закаленной стали до температуры 
150–200 °С, выдержка при этой температуре с последующим  
охлаждением на воздухе.
Средний отпуск – нагрев закаленной стали до температуры 
350–500 °С, выдержка при этой температуре с последующим  
охлаждением на воздухе.
Высокий отпуск – нагрев закаленной стали до температуры 
500–650 °С, выдержка при этой температуре с последующим  
охлаждением на воздухе.
Перекристаллизация (фазовая) – нагрев сплава с неравновесной 
структурой выше температуры фазовых превращений с последующим 
медленным охлаждением для перевода сплава в более равновесное состояние.
Перлит (П) – грубодисперсная эвтектоидная феррито-цементитная структура с твердостью 15–20 HRC.
Перлитное превращение – диффузионное превращение пере
охлажденного аустенита в перлит.
Полиморфизм (аллотропия) – способность некоторых веществ  
в зависимости от температуры и давления существовать в состояниях 
с различными кристаллическими решетками.
Полная закалка – закалка, при которой сталь нагревается до температуры на 30–50 °С выше критической точки 
3с
А , выдерживается 

при этой температуре и охлаждается со скоростью выше критической.
Поверхностная закалка – закалка только поверхности изделия.
Прокаливаемость – способность стали приобретать при закалке 
мартенситную структуру в слое определенной глубины. 
Раскисление – процесс удаления из расплавленных металлов растворенных в них газов.
Самоотпуск – отпуск за счет тепла, оставшегося в изделии после 
закалки.
Силумин – литейный сплав системы «алюминий–кремний».
Скорость охлаждения критическая (Vкр) – минимальная скорость охлаждения, при которой аустенит  полностью превращается  
в мартенсит.
Сорбит (С) – эвтектоидная феррито-цементитная структура средней дисперсности с твердостью 30–35 HRC.

Сплав – соединение двух или более компонентов, полученное 
сплавлением (спеканием).
Сталь – сплав железа с углеродом, содержащий от 0,02 до 2,14% 
углерода и постоянные примеси.
Высококачественная сталь – сталь с низким содержанием 
вредных примесей (фосфора – не более 0,025% , серы не более 0,025%).
Высокоуглеродистая сталь – сталь, содержащая более 0,7% 
углерода.
Инструментальная сталь – сталь, применяемая для обработки материалов резанием или давлением, а также для изготовления 
измерительного инструмента.
Качественная сталь – сталь с регламентированным содержанием вредных примесей (обычно фосфора и серы не более 0,035% 
каждого).
Кипящая сталь – сталь, раскисленная марганцем. 
Конструкционная сталь – сталь, предназначенная для изго
товления различных деталей машин, механизмов и конструкций 
в машиностроении, строительстве.

Легированная сталь – сталь со специально введенными легирующими элементами (кроме углерода). 
Низколегированная сталь – легированная сталь, в которой 
суммарное содержание легирующих элементов не превышает 2,5%. 
Низкоуглеродистая сталь – углеродистая сталь с содержанием углерода до 0,25%. 
Полуспокойная сталь – сталь, полученная при раскислении 
жидкого металла марганцем и алюминием. 
Спокойная сталь – сталь, раскисленная марганцем, кремнием  
и алюминием. 
Среднелегированная сталь – легированная сталь, в которой 
суммарное содержание легирующих элементов составляет от 2,5 
до 10,0%. 
Среднеуглеродистая сталь – углеродистая сталь, содержащая от 0,25 до 0,7% углерода. 
Углеродистая сталь – сталь, не содержащая специально введенных легирующих элементов, кроме углерода и постоянных примесей.
Старение – технологическая операция, заключающаяся в нагреве 
закаленного сплава с целью повышения его механических свойств  
за счет образования упрочняющих фаз.
Структура – внутреннее строение металла.

Структурная составляющая – часть микроструктуры сплава, характеризующаяся одинаковым средним химическим составом и однообразным расположением и формой зерен образующих ее фаз.
Термическая обработка (ТО) – совокупность операций нагрева, 
выдержки и охлаждения сплавов с целью изменения их структуры  
и свойств.
Троостит (Т) – эвтектоидная тонкодисперсная ферритно-цементитная структура с твердостью 40–45 HRC.
Фаза – однородная часть сплава, имеющая одинаковый состав, свойства, кристаллическую решетку, ограниченная поверхностью раздела.
Феррит (Ф) – твердый раствор внедрения углерода (С) в α-желе
зе (Fea).
Химико-термическая обработка (ХТО) – химическое и термическое воздействие на стальное изделие с целью изменения химического 
состава, структуры и свойств поверхностных слоев.
Чугун – сплав железа с углеродом, содержащий более 2,14% углерода и постоянные примеси.
Белый чугун – чугун, в котором углерод находится в виде цементита, в связанном состоянии.
Высокопрочный чугун – серый чугун, в котором углерод име
ет шаровидную форму.
Ковкий чугун – серый чугун, в котором графит имеет хлопьевидную форму.
Половинчатый чугун – чугун, в котором углерод находится  

в виде графита и цементита.

Серый чугун – чугун, в котором углерод находится в виде 
графита, в свободном состоянии.
Цементация (науглероживание) – насыщение низкоуглеродис
тых сталей углеродом.
Цементит (Ц) – химическое соединение железа с углеродом Fe3C 
(карбид железа) с твердостью до 800 НВ.
Цианирование – одновременное насыщение сталей углеродом  
и азотом в жидких средах. 
Эвтектика – механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, одновременно закристаллизовавшихся из расплава при постоянной минимальной температуре.
Эвтектоид – механическая смесь двух (или более) видов кристаллов, образующаяся при охлаждении твердого раствора при постоянной температуре.