Moderne Materialien lassen sich in vier Kategorien einteilen: Metalle, Polymere, Keramik und Verbundwerkstoffe. Trotz der rasanten Entwicklung makromolekularer Werkstoffe ist Stahl nach wie vor der am weitesten verbreitete und wichtigste Werkstoff im aktuellen Maschinenbau. Welche Faktoren bestimmen die dominierende Stellung von Stahlwerkstoffen? Lassen Sie uns es nun im Detail vorstellen.

Eisen und Stahl werden aus Eisenerz gewonnen, das reich an Vorkommen und günstig im Preis ist. Eisen und Stahl, auch Eisen-Kohlenstoff-Legierung genannt, ist eine Legierung aus Eisen (Fe) und Kohlenstoff (C), Silizium (Si), Mangan (Mn), Phosphor (P), Schwefel (S) und anderen kleinen Elementen (Cr, V usw.). Durch die Anpassung des Gehalts verschiedener Elemente im Stahl und des W?rmebehandlungsprozesses (vier Br?nde: Abschrecken, Glühen, Anlassen, Normalisieren) k?nnen verschiedene metallografische Strukturen erhalten werden, sodass der Stahl unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweist. Die unter dem metallografischen Mikroskop beobachtete Struktur wird als metallografische Struktur von Stahl nach Probenahme, Schleifen, Polieren und ?tzen mit einem bestimmten Korrosionsmittel bezeichnet. In diesen Konstruktionen verbergen sich die Geheimnisse der Werkstoffe Stahl.

        Im Fe-Fe3C-System k?nnen Eisen-Kohlenstoff-Legierungen mit unterschiedlichen Zusammensetzungen hergestellt werden. Ihre Gleichgewichtsstrukturen sind bei verschiedenen Temperaturen unterschiedlich, sie bestehen jedoch aus mehreren Grundphasen (Ferrit F, Austenit A und Zementit Fe3C). Diese Grundphasen werden in Form mechanischer Mischungen kombiniert und bilden eine reichhaltige und farbenfrohe metallografische Struktur im Stahl. Es gibt acht g?ngige metallografische Strukturen:

I. Ferrit

 Die interstitielle feste L?sung, die durch Aufl?sen von Kohlenstoff im Zwischengitter des a-Fe-Gitters entsteht, wird Ferrit genannt, geh?rt zur BCC-Struktur und weist eine gleichachsige polygonale Kornverteilung auf, die durch das Symbol F ausgedrückt wird. Seine Struktur und Eigenschaften ?hneln denen von reinem Eisen. Es hat eine gute Plastizit?t und Z?higkeit, aber seine Festigkeit und H?rte sind geringer (30-100 HB). Bei legiertem Stahl handelt es sich um eine feste L?sung von Kohlenstoff und Legierungselementen in Alpha-Fe. Die L?slichkeit von Kohlenstoff in Alpha-Fe ist sehr gering. Bei der AC1-Temperatur betr?gt die maximale L?slichkeit von Kohlenstoff 0,02181 TP3T, aber mit sinkender Temperatur sinkt die L?slichkeit auf 0,00841 TP3T. Daher erscheint der dritte Zementit bei langsamer Abkühlung an der Ferritkorngrenze. Mit zunehmendem Kohlenstoffgehalt im Stahl nimmt die Zahl der Ferrite ab und die Zahl der Perlite zu. Zu diesem Zeitpunkt ist der Ferrit netz- und halbmondf?rmig.

Ⅱ.Austenit

 Die interstitielle feste L?sung, die durch die Aufl?sung von Kohlenstoff im Zwischenraum des Gamma-Fe-Gitters entsteht, wird Austenit genannt. Es hat eine fl?chenzentrierte kubische Struktur und ist eine Hochtemperaturphase, die durch das Symbol A dargestellt wird. Austenit hat eine maximale L?slichkeit von 2,111 TP3T C bei 1148 C und eine feste L?sung von 0,771 TP3T C bei 727 C. Seine Festigkeit und H?rte sind h?her als die von Ferrit, seine Plastizit?t und Z?higkeit sind gut und es ist nicht magnetisch. Seine spezifischen mechanischen Eigenschaften h?ngen vom Kohlenstoffgehalt und der Korngr??e ab, im Allgemeinen 170-220 HBS, = 40-50%. TRIP-Stahl ist ein Stahl, der auf der Grundlage der guten Plastizit?t und Flexibilit?t von Austenit entwickelt wurde. Die verformungsinduzierte Umwandlung und die umwandlungsinduzierte Plastizit?t von Restaustenit werden genutzt, um die Plastizit?t von Stahlblechen und die Formbarkeit von Stahlblechen zu verbessern. Austenit in Kohlenstoff- oder legierten Baust?hlen wandelt sich beim Abkühlen in andere Phasen um. Erst nach dem Aufkohlen und Hochtemperaturabschrecken von St?hlen mit hohem Kohlenstoffgehalt und aufgekohlten St?hlen kann Austenit im Martensitspalt verbleiben und seine metallografische Struktur ist wei?, da es nicht leicht erodiert werden kann.

Ⅲ. Zementit

 Zementit ist eine Metallverbindung, die aus einem bestimmten Anteil an Kohlenstoff und Eisen besteht. Die Molekülformel Fe3C zeigt, dass sein Kohlenstoffgehalt 6,691 TP3T betr?gt und (Fe, M) 3C in der Legierung gebildet wird. Der Zementit ist hart und spr?de, seine Plastizit?t und Schlagz?higkeit sind nahezu Null, seine Spr?digkeit ist sehr hoch und seine H?rte betr?gt 800HB. Bei Eisen und Stahl ist die Verteilung üblicherweise Netzwerk, Halbnetzwerk, Flocken, Nadelflocken und Granulat.

 IV. Perlit

 Perlit ist eine mechanische Mischung aus Ferrit und Zementit, ausgedrückt im Symbol P. Seine mechanischen Eigenschaften liegen zwischen Ferrit und Zementit, mit hoher Festigkeit, m??iger H?rte und gewisser Plastizit?t. Perlit ist ein Produkt der eutektoiden Umwandlung in Stahl. Seine Morphologie besteht darin, dass Ferrit und Zementit wie Fingerabdrücke in Schichten angeordnet sind. Entsprechend dem Verteilungsmuster der Karbide kann man sie in zwei Typen unterteilen: Flockenperlit und Kugelperlit.

 A. Flockenperlit: Es kann in drei Typen unterteilt werden: dicke Flocken, mittlere Flocken und feine Flocken.

B. Kugelf?rmiger Perlit: Der durch sph?roidisierendes Glühen gewonnene Zementit wird sph?roidisiert und auf der Ferritmatrix verteilt. Die Gr??e der Zementit-Sph?roide h?ngt vom sph?roidisierenden Glühprozess ab, insbesondere von der Abkühlgeschwindigkeit. Kugelf?rmiger Perlit kann in vier Typen unterteilt werden: grobkugelig, kugelf?rmig, feinkugelig und punktf?rmig.

V. Bainit

Bainit ist das Produkt der Umwandlung von Austenit unterhalb der Perlit-Umwandlungszone und oberhalb des MS-Punkts in der Mitteltemperaturzone. Bainit ist eine mechanische Mischung aus Ferrit und Zementit, einer Struktur zwischen Perlit und Martensit, ausgedrückt im Symbol B. Je nach Bildungstemperatur kann es in k?rnigen Bainit, oberen Bainit (oberes B) und unteres Bainit (unteres B) unterteilt werden. K?rniger Bainit hat eine geringe Festigkeit, aber eine gute Z?higkeit. Unterer Bainit weist sowohl eine hohe Festigkeit als auch eine gute Z?higkeit auf. k?rniger Bainit hat die schlechteste Z?higkeit. Die Bainit-Morphologie ist ver?nderlich. Aufgrund seiner Formeigenschaften kann Bainit in drei Typen eingeteilt werden: Feder-, Nadel- und Granulat.

A. Oberer Bainit:

Oberer Bainit zeichnet sich durch die parallele Anordnung von Streifenferrit mit feinem Streifenzement (oder Kurzstab) parallel zur Achse der Ferritnadel aus, der federartig ist.

B. Unterer Bainit:

feine Nadelflocken mit bestimmter Ausrichtung, anf?lliger für Erosion als abgeschreckter Martensit, sehr ?hnlich zu angelassenem Martensit, unter Lichtmikroskop sehr schwer zu unterscheiden, unter Elektronenmikroskop leicht zu unterscheiden. Karbid scheidet sich in nadelf?rmigem Ferrit aus und seine Ausrichtung betr?gt 55–60 Grad zur L?ngsachse der Ferritschicht. Der untere Bainit enth?lt keine Zwillinge, es gibt mehr Versetzungen.

C. K?rniger Bainit:

Ferrit mit polygonaler Form und vielen unregelm??igen inselartigen Strukturen. Wenn der Austenit des Stahls auf etwas über die Bildungstemperatur des oberen Bainits abgekühlt wird, wandern einige Kohlenstoffatome des ausgeschiedenen Ferrits über die Phasengrenze Ferrit/Austenit vom Ferrit zum Austenit, wodurch der Austenit ungleichm??ig reich an Kohlenstoff wird und so die Umwandlung eingeschr?nkt wird Austenit zu Ferrit. Diese Austenitbereiche sind im Allgemeinen inselartig, k?rnig oder streifenf?rmig und auf der Ferritmatrix verteilt. W?hrend der kontinuierlichen Abkühlung kann der Austenit in Kornballen je nach Zusammensetzung des Austenits und Abkühlbedingungen die folgenden Ver?nderungen erfahren.

(i) Zersetzung in Ferrit und Karbid ganz oder teilweise. Unter dem Elektronenmikroskop sind k?rnige, st?bchenf?rmige oder kleine Blockkarbide mit dispersiver multidirektionaler Verteilung zu erkennen.

(ii) teilweise Umwandlung in Martensit, der unter dem Lichtmikroskop vollst?ndig gelb ist.

(iii) beh?lt immer noch kohlenstoffreichen Austenit.

K?rnige Karbide sind auf der Ferritmatrix des k?rnigen Bainits verteilt (die Inselstruktur bestand ursprünglich aus kohlenstoffreichem Austenit, der beim Abkühlen in Ferrit und Karbid zerlegt wurde oder sich in Martensit umwandelte oder kohlenstoffreiche Austenitpartikel zurückblieb). Federbainit, Ferritmatrix, Streifenkarbid, ausgeschieden am Rand der Ferritplatte. Unterer Bainit, nadelf?rmiger Ferrit mit kleinen Flockenkarbiden, Flockenkarbid im Ferrit der L?ngsachse hat einen Winkel von etwa 55 bis 60 Grad. 

VI. WEISHERS GEWEBE

Die Widmanst?tten-Struktur ist eine Art überhitzte Struktur, die aus Ferritnadeln besteht, die sich in einem Winkel von etwa 60 Grad schneiden und in die Stahlmatrix eingebettet sind. Eine grobe Widmanst?tten-Struktur verringert die Plastizit?t und Z?higkeit von Stahl und erh?ht seine Spr?digkeit. Bei untereutektoidem Stahl entstehen durch überhitzung grobe K?rner, die beim Abkühlen schnell ausfallen. Zus?tzlich zur Netzwerkausscheidung entlang der Austenitkorngrenze werden daher einige Ferrite von Korngrenze zu Korn gem?? dem Schermechanismus gebildet und separat in Nadeln ausgeschieden. Die Struktur dieser Verteilung wird Widmanst?tten-Struktur genannt. Wenn überhitzter supereutektoider Stahl abgekühlt wird, erstreckt sich der Zementit auch von Korngrenze zu Korn und bildet die Widmanst?tten-Struktur.

Ⅶ.Martensit

Die übers?ttigte feste L?sung von Kohlenstoff in Alpha-Fe wird Martensit genannt. Martensit hat eine hohe Festigkeit und H?rte, aber seine Plastizit?t ist schlecht, fast Null. Es kann der durch das Symbol M ausgedrückten Sto?belastung nicht standhalten. Martensit ist das Produkt der schnellen Abkühlung von unterkühltem Austenit und der Umwandlung des Schermodus zwischen MS- und Mf-Punkten. Zu diesem Zeitpunkt k?nnen Kohlenstoff (und Legierungselemente) nicht mit der Zeit diffundieren, sondern nur vom Gitter (Fl?chenzentrum) von Gamma-Fe zum Gitter (K?rperzentrum) von Alpha-Fe, also zur festen L?sung (Austenit) von Kohlenstoff in Gamma-Fe zur festen L?sung von Kohlenstoff in Alpha-Fe. Daher basiert die Martensitumwandlung auf den metallografischen Eigenschaften von Martensit, der in Lattenmartensit (kohlenstoffarm) und nadelf?rmigen Martensit unterteilt werden kann.

A. Lattenmartensit:

auch als kohlenstoffarmer Martensit bekannt. Feine, etwa gleich gro?e Martensitstreifen ordnen sich parallel zueinander an und bilden Martensitbündel bzw. Martensitdom?nen. Der Orientierungsunterschied zwischen Dom?nen und Dom?nen ist gro?, und in einem primitiven Austenitkorn k?nnen mehrere Dom?nen mit unterschiedlichen Orientierungen gebildet werden. Aufgrund der hohen Temperatur bei der Bildung von Lattenmartensit kommt es beim Abkühlprozess zwangsl?ufig zum Ph?nomen der Selbstanlassung, und Karbide scheiden sich im gebildeten Martensit aus, so dass dieser anf?llig für Erosion und Verdunkelung ist.

 B. nadelf?rmiger Martensit:

Auch bekannt als Flockenmartensit oder Martensit mit hohem Kohlenstoffgehalt. Seine grundlegenden Eigenschaften sind: Die erste Martensitschicht, die sich in einem Austenitkorn bildet, ist relativ gro?, oft ist das Austenitkorn über das gesamte Korn verteilt, so dass die Gr??e des sp?ter gebildeten Martensits begrenzt ist , daher variiert die Gr??e der Martensitflocken, unregelm??ige Verteilung. Der nadelf?rmige Martensit bildet sich in eine bestimmte Richtung. In der Martensitnadel befindet sich ein mittlerer Grat. Je h?her der Kohlenstoffgehalt, desto deutlicher ist der Martensit zu erkennen. Gleichzeitig liegt zwischen dem Martensit wei?er Restaustenit vor.

 C. Der nach dem Abschrecken gebildete Martensit kann nach dem Anlassen auch drei spezielle metallografische Strukturen bilden:

(i) Vergüteter Martensit:

der Verbundstoff aus beim Abschrecken gebildeten Martensitplatten (mit einer Kristallstruktur mit tetragonalem K?rperzentrum), die in der ersten Stufe des Anlassens zersetzt wird, wobei Kohlenstoff in Form von übergangskarbiden aufgel?st wird, und extrem feinen übergangskarbidschichten, die im Feststoff verteilt sind L?sungsmatrix (deren Kristallstruktur sich in einen raumzentrierten Würfel ge?ndert hat) (die Grenzfl?che zur Matrix ist eine koh?rente Grenzfl?che) Phasenstruktur. Diese Art von Struktur kann ihre innere Struktur nicht erkennen, selbst wenn sie unter dem metallographischen (optischen) Mikroskop auf die maximale Vergr??erung vergr??ert wird, sondern kann nur erkennen, dass ihre gesamte Struktur aus schwarzen Nadeln besteht (die Form der schwarzen Nadel ist im Grunde die gleiche wie die der wei?en Nadel). beim Abschrecken). Diese Art von schwarzer Nadel wird ?vergüteter Martensit“ genannt.

(ii) Geh?rteter Troostit:

Produkt aus abgeschrecktem, bei mittlerer Temperatur angelassenem Martensit, gekennzeichnet durch das allm?hliche Verschwinden der Nadelform des Martensits, die jedoch immer noch undeutlich sichtbar ist (chromhaltiger legierter Stahl, dessen Rekristallisationstemperatur für den Legierungsferrit h?her ist, so dass er immer noch die Nadelform beh?lt), die ausgeschiedenen Karbide sind gering , schwer unter dem Lichtmikroskop zu unterscheiden, Karbidpartikel sind nur unter dem Elektronenmikroskop sichtbar, Pol Anf?llig für Erosion und Schw?rzung des Gewebes. Wenn die Anlasstemperatur h?her ist oder über einen l?ngeren Zeitraum beibehalten wird, werden die Nadeln wei?. Zu diesem Zeitpunkt konzentrieren sich die Karbide am Rand der Nadeln und die H?rte des Stahls wird etwas geringer und die Festigkeit nimmt ab.

(iii) getemperter Sorbit:

Produkt aus abgeschrecktem Martensit, das bei hoher Temperatur angelassen wurde. Seine Eigenschaften sind: Auf der Sorbitmatrix sind feink?rnige Karbide verteilt, die unter dem Lichtmikroskop deutlich zu erkennen sind. Diese Art von Struktur, auch konditionierte Struktur genannt, weist eine gute Kombination aus Festigkeit und Z?higkeit auf. Je feiner die Feinkarbide auf Ferrit sind, desto h?her sind H?rte und Festigkeit und desto schlechter ist die Z?higkeit. im Gegenteil: Je geringer die H?rte und Festigkeit, desto h?her die Z?higkeit.

Ⅷ.Ledeburit

Die eutektischen Gemische in FERROCARBON-Legierungen, also flüssigen FERROCARBON-Legierungen mit einem Massenanteil an Kohlenstoff (Kohlenstoffgehalt) von 4,3%, werden Ledeburit genannt, wenn die mechanischen Gemische aus Austenit und Zementit bei 1480 Grad Celsius gleichzeitig aus der Flüssigkeit kristallisieren. Da sich Austenit bei 727 °C in Perlit umwandelt, besteht Ledeburit bei Raumtemperatur aus Perlit und Zementit. Zur Unterscheidung wird der Ledeburit über 727 °C als Hochtemperatur-LEDeburit (L d) und der Ledeburit unter 727 °C als Niedertemperatur-LEDeburit (L'd) bezeichnet. Die Eigenschaften von Ledeburit ?hneln denen von Zementit mit hoher H?rte und geringer Plastizit?t.