Наблюдение микроструктуры материалов под оптическими микроскопами
По организационным характеристикам и различному содержанию углерода железоуглеродистые сплавы можно разделить на три категории: промышленное чистое железо, сталь и чугун. Промышленное чистое железо с содержанием углерода менее 0,0218% С и содержанием углерода менее 2,11% называется сталью, а сплавы с содержанием углерода более 2,11% — чугуном.
Микроструктура углеродистой стали и белого чугуна при комнатной температуре состоит из двух основных фаз: феррита (F) и цементита (Fe3C).
Однако из-за различного содержания углерода относительные количества, условия осаждения и распределение феррита и цементита различаются, что приводит к различным формам микроструктуры.
Феррит представляет собой твердый раствор углерода в альфа-железе, обычно обозначаемый символом «F». Структура феррита состоит из равноосных зерен и объемноцентрированной кубической решетки.
Карбид — это соединение железа и углерода, обычно обозначаемое символом «Fe3C». В зависимости от состава и условий образования цементит может принимать разные формы.
Перлит — это механическая смесь феррита и цементита, обычно обозначаемая символом «P». При нормальных условиях отжига это слоистая структура, образованная чередующимся расположением феррита и цементита.
Травление чистых металлов и однофазных-сплавов представляет собой процесс химического растворения. При контакте полированного образца с травильным веществом слой нарушения деформации на полированной поверхности сначала растворяется и микроструктура стали не обнажается. Затем происходит воздействие химического растворения на границах зерен, и регулярность расположения атомов на границах зерен становится относительно плохой, что приводит к быстрой коррозии и образованию канавок. В это время в сплаве наблюдаются полигональные зерна. Если травление продолжится, травящий агент растворит сами зерна. Из-за неравномерной скорости растворения каждого зерна после травления каждое зерно будет обнажено на поверхности с плотным расположением атомов. При вертикальном освещении будут отображаться зерна разной яркости.
Процесс травления двух-фазных сплавов в основном представляет собой электрохимическое травление. Из-за различного состава и структуры разные фазы имеют разный электродный потенциал, образуя в травильном растворе множество пар мелких локальных ячеек. Феррит имеет более высокий электродный потенциал в качестве анода, который растворяется и становится низколежащим и шероховатым во время травления, тогда как цементит имеет положительный потенциал в качестве катода и практически не подвергается коррозии. Под световым микроскопом феррит выглядит темно-черным, а цементит — ярко-белым.
