ПЕРЛИТ

ПЕРЛИТ – структурная составляющая в углеродистых и легированных сталях и чугунах, возникающая при эвтектоидном превращении (см МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ) согласно диаграмме состояния железо – углерод. Перлит состоит из двух фаз – феррита и цементита, феррит – железо с очень малым количеством углерода (до 0,03%), а цементит – химическое соединение Fe₃C, содержащее по массе 6,67%С. Среднее содержание углерода в перлите – 0,8%С, а сталь с целиком перлитной структурой, содержащая 0,8% углерода, называется эвтектоидной. При содержании углерода менее 0,8% сталь состоит из перлита и феррита, если углерода более 0,8% – из перлита и, в соответствии с диаграммой состояния железо – углерод.

При металлографическом исследовании изучается срез поверхности металла (металлографический шлиф), который подвергается шлифовке, полировке и химическому травлению специально подобранными реактивами. Химическая активность цементита больше, чем феррита, поэтому под микроскопом сильно протравленные участки цементита имеют черный цвет, а участки феррита сохраняют светлый цвет.

Перлит обычно имеет пластинчатую структуру, каждое зерно перлита состоит из параллельных пластинок феррита и цементита шириной в десятые доли мкм. Длина пластинок соответствует размеру зерен металла, и пластинки идут от одной границы зерна к другой. Если такая объемная пластинчатая структура пересекается плоскостью шлифа и подвергается травлению, то на ее поверхности возникает полосчатая структура из светлых полосок феррита и тонких полосок цементита. При различных термообработках ширина полосок (межпластиночное расстояние) может быть различным, ширина полосок цементита в 7 раз меньше, чем полосок феррита. При длительной выдержке при высоких температурах зерна феррита и цементита могут переходить из пластинчатой формы в округлую, и на металлографическом шлифе наблюдаются мелкие, темные, округлые зерна цементита на фоне крупных зерен феррита.

Перлит – продукт эвтектоидного превращения высокотемпературной фазы – аустенита при термической обработке сплавов. Аустенит при охлаждении при температуре 723° С распадается на феррит и цементит. Перлитное превращение всегда начинается на границах зерен аустенита. Чтобы возникли частицы новой фазы, нужно создать зоны пониженной и повышенной концентрации углерода. Исходный аустенит содержит 0,8% углерода, а в результате превращения образуется феррит, практически не содержащий углерода, и цементит с 6,67% углерода. Для объяснения этих процессов предложен флуктуационный механизм, согласно которому атомы углерода с большой диффузионной подвижностью при высоких температурах, могут создавать зоны с повышенной концентрацией углерода. Этот процесс является энергетически выгодным, и зародыш цементита вырастает до критического размера.

Если содержание углерода в стали не равно 0,8%, то из аустенита при охлаждении выделяется не только перлит, но и другие фазы. Если углерода менее 0,8%, выделяется избыточное количество феррита и сталь приобретает феррито-перлитную структуру, а при содержании углерода более 0,8% у стали перлито-цементитная структура.

Источник

Перлит

Структура перлита

Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.

Зернистый перлит и пластинчатый перлит

Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые и зернистые. В зернистом перлите цементит находится в виде зёрнышек. В пластинчатом перлите цементит находится в виде пластинок (см. рисунок).

При исходном нагреве стали до 900°C получился пластинчатый перлит, причём более низкая температура даёт более дисперсную структуру. В такой же стали при тех же температурах превращения, но после невысокого нагрева (780°), получился зернистый перлит [1].

Размер цементитных зёрен в перлите зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита в перлите зависит от температуры нагрева (или температуры аустенизации).

Свойства перлита

Свойства перлита зависят от типа, размера и формы цементитных зёрен, от расстояния между пластинами, а также от других факторов. Предел прочности пластинчатого перлита 80 кг/мм, относительное удлинение 10-12%. Прочность и твердость зернистого перлита несколько меньше, зато выше пластические свойства. Благодаря α-железу перлит обладает магнитными свойствами.

Твёрдость перлита

Значения твёрдости перлита, в зависимости от структуры и степени дисперсности могут меняться от При более дисперсном строении перлита твёрдость его повышается. Зависимость твёрдости от межпластинчатого расстояния (S) различных перлитных структур представлена в таблице [3]:

Значения твёрдости перлита из различных источников: твёрдость пластинчатого перлита 180-230 HB, твёрдость зернистого перлита 160-190 HB.

Перлит вспученный

Перлит вспученный находит применение прежде всего в строительстве: при изготовлении эффективной штукатурки, кирпича и блоков из искусственного перлитового камня (преимуществами которого являются малый вес и лёгкость обработки), в качестве звукоизоляционного наполнителя, утеплителя и т.д. Кроме того вспученный перлит применяют в сельском хозяйстве и не только.

Автор: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Источник

Зернистый перлит и пластинчатый перлит

Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые и зернистые. В зернистом перлите цементит находится в виде зёрнышек. В пластинчатом перлите цементит находится в виде пластинок.

Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Нагрев до высокой температуры, когда создаются условия для образования более однородной структуры, способствует появлению пластинчатых структур. Неоднородный аустенит при всех степенях переохлаждения даёт зернистый перлит. Нагрев до невысокой температуры приводит к образованию зернистого перлита. Вероятно, образованию зернистого цементита способствуют оставшиеся не растворёнными в аустените частицы, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации.

Размер цементитных зёрен в перлите зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита в перлите зависит от температуры нагрева (или температуры аустенизации).

Свойства перлита

Механические свойства перлита зависят в первую очередь от суммарной толщины пластинок обоих фаз: чем оно меньше, тем выше значение предела прочности и предела текучести и ниже критическая температура хладоломкости. При перлитной структуре облегчается механическая обработка. Перлитные конструкционные стали обладают достаточно высокой прочностью и пластичностью. Иногда различают разновидности перлита: сорбит – дисперсный перлит, тростит – высокодисперсный перлит.

Бейнит

Бейнит прочнее перлита, причем его прочностные свойства растут с понижением температуры изотермического превращения.

Бейнитные структуры образуются в результате превращения аустенита при температуре 250-500°С и непрерывного охлаждения аустенизированного легированного чугуна со скоростью выше критической или изотермической выдержки аустенизированного чугуна в интервале температур бейнитного превращения.

Бейнитные структуры нестабильны, поэтому максимальные температуры эксплуатации и отпуска не должны превышать температур изотермического распада аустенита.

Свойства бейнита определяются его структурой, которая при данной температуре аустенизации (Т_а) и длительности аустенизации (t_a) зависит от температуры изотермической выдержки (Т_и)и длительности изотермической выдержки (t_и) в области температур бейнитного превращения. С понижением температуры изотермической выдержки (T_и) массовая доля углерода в феррите бейнита повышается, структура его приобретает игольчатый характер, прочность и твердость сначала растут, а затем снижаются. Различают верхний бейнит и нижний бейнит, которые отличаются друг от друга не только по виду микроструктуры, но и по свойствам.

Нижний бейнит отличается от верхнего более ярко выраженными игольчатостью и рельефностью структуры.

Верхний бейнит — бейнит с перистым строением, образуется из переохлажденного аустенита в интервале 500-350 °С; состоит из частиц феррита в форме реек толщиной

Общим в кинетике превращений в твердом состоянии, приводящих к образованию мартенсита, является: отсутствие диффузионных перемещений атомов; развитие превращения главным образом в процессе непрерывного охлаждения; образование кристаллов мартенсита по сдвиговому механизму (подобно образованию механических двойников), приводящему к созданию рельефа.

Высокая твердость и сопротивление деформации стали с мартенситной структурой объясняется созданием тонкой мозаичности зерен в результате аустенито-мартенситного превращения и главным образом высоким пределом упругости самих кристаллов мартенсита, связанным с присутствием внедренного в них углерода. Поэтому, чем выше содержание углерода в мартенсите, тем выше и твердость стали после закалки.

Источник

Перлитная структура в стали

Низколегированная сталь — перлитный класс

Низколегированные стали перлитного класса сваривают тоже нормальным пламенем. Чтобы легирующие элементы ( хром, молибден, кремний) не выгорали, нужно стремиться не перегревать металл. С и замедление охлаждения сварного соединения путем подогрева охлаждающегося шва пламенем горелки позволяют избежать появления горячих трещин.

Низколегированные стали перлитного класса с содержанием углерода не выше 0 35 % и легирующих элементов, составляющих до 3 — 4 %, свариваются в большинстве случаев вполне удовлетворительно.

Низколегированные стали перлитного класса по ГОСТ 5058 — 57 применяются для изготовления различных элементов и изделий трубопроводов, в том числе стали марок 14ХГС и 19Г применяются для трубопроводов, работающих при давлении до 40 ати и температуре-до 350 С.

Низколегированная сталь перлитного класса 38ХЮ в контакте с асбес-тографитовой набивкой имеет низкую коррозионную стойкость. Добавка к набивке 5 % — ной алюминиевой пудры улучшает антикоррозионные свойства стали примерно в 3 раза.

Состав низколегированных сталей перлитного класса стабилизировался н новых путей его принципиального изменения пока не найдено. Значительное улучшение свойств достигнуто совершенствованием технологии производства и применением микролегн-рования.

Состав низколегированных сталей перлитного класса стабилизировался и новых путей его принципиального изменения пока не найдено. Значительное улучшение свойств достигнуто совершенствованием технологии производства и применением микролеги-рования.

Стали этого класса по своим свойствам являются средними между низколегированными сталями перлитного класса и высоколегированными аустенитно-го. После термической обработки они обладают высокими механическими свойствами. Основной вид термической обработки, придающий оптимальные свойства — закалка или нормализация с последующим высоким отпуском. Иногда используется смягчающая обработка, заключающаяся в отжиге.

Получение — зернистый перлит

Получение зернистого перлита достигается специальным видом отжига, близким по своему режиму к неполному отжигу. Сталь нагревают немного выше Ас с последующим охлаждением сначала до 700 С, затем до 550 — 600 С и далее на воздухе.

Для получения зернистого перлита ( цементита в виде зерен) производят Сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PS / C ( точка ACt), длительной выдержки ( 5 — 6 ч) и последующего медленного охлаждения. После такого отжига пластинчатый цементит превращается в зернистый.

Для получения зернистого перлита ( цементита в виде зерен) производят Сфероидизирующий отжиг, который состоит из нагрева стали до температуры несколько выше линии PSK ( точка Ас), длительной выдержки ( 5 — 6 ч) и последующего медленного охлаждения. После такого отжига пластинчатый цементит превращается в зернистый.

Особенно важным для получения зернистого перлита является точное соблюдение температурного режима, так как при очень медленном охлаждении зернистый перлит получается с крупными зернами, а часто с отдельными, пластинками перлита, а при быстром охлаждении образуется мелкозернистый ( точечный) перлит.

Применяется с целью получения зернистого перлита и снижения твердости для улучшения обрабатываемости резанием стали с содержанием О 0 6 % и некоторых марок средне-углеродистой легированной стали. Например, с целью применения высоких скоростей резания при черновом и чистовом точении и предварительном фрезеровании деталей, изготовленных из стали 35ХГС, применяется сфероидизирующий отжиг при 780, в результате которого получается структура зернистого перлита.

Неполный отжиг применяется для улучшения обрабатываемости резанием и получения зернистого перлита в структуре заэвтектоид-ных сталей.

Перлитная структура в доэвтектоидной стали

К доэвтектоидным сталям относят стали с содержанием углерода менее 0,8 % углерода. Иначе их называют малоуглеродистыми сталями. В доэвтектоидных сталях при охлаждении ниже температуры А₃ в первую очередь образуется избыточный феррит, а затем ниже температуры А₁ – перлитная структура. Этот феррит может быть в двух формах: компактные равноосные зерна и ориентированные видманштетные пластины (рисунок 4).

Компактные выделения доэвтектоидного феррита возникают преимущественно на границах аустенитных зерен, тогда как видманштетный феррит формируется внутри зерен. Видманштетов феррит наблюдается только в сталях с содержанием углерода менее 0,4 % и крупными аустенитными зернами. Когда размеры аустенитных зерен уменьшаются, доля феррита в форме равноосных зерен увеличивается. Видманштетов феррит образуется в температурном интервале от точки А₃ до температуры 600-550 С. С увеличением содержания углерода в стали доля видманштеттова феррита снижается.

Размеры перлитных колоний

Важной характеристикой перлита, которая влияет на свойства сталей, является размер перлитной колонии (рисунок 3). Колония – это группа пластин цементита и феррита, которые совместно, кооперативно росли в аустените до столкновения с другими колониями

Уменьшение размера перлитной колонии сопровождается ростом ударной прочности сталей и снижением их хрупкости.

Повышение прочности к хрупкому разрушению перлита достигается путем сфероидизации цементитных пластин. Эта сфероидизация может достигаться путем деформации перлита с последующим нагревом и выдержкой при температуре вблизи точки А_с1. Другой метод, который обеспечивает относительно высокую прочность и пластичность перлита, заключается в деформации перлита во время перлитного превращения. Это приводит к образованию полигональной структуры и сфероидизации цементита.

Влияние примесей на стали

Различные примеси способны придавать металлам нужные характеристики. Так для повышения твердости используют углерод, марганец, хром, молибден. Улучшить вязкость помогают никель и ванадий. Для усадки используют марганец, кремний, алюминий. Сопротивление истиранию повышают марганец, никель, хлор. Отменную устойчивость к коррозии дают никель, хром, медь

Но важно не только правильно скомбинировать примеси. Итоговые характеристики во многом зависят и от их пропорций

Например, специальные марганцевые стали должны содержать не менее 14 % соответствующего компонента. При отклонении этого показателя меняется структура сплава:

При этом содержание хлора остается неизменным во всех трех случаях

В целом Мn влияет на теплопроводность, поэтому нагрев и охлаждение таких материалов следует проводить с особой осторожностью. Изделия из него получают только посредством отливки, так как резка очень затруднена

Но марганцевые стали хорошо обрабатываются под давлением и не обладают магнитными качествами.

Еще одним примером специальных сталей является хромистый сплав. Соответствующий компонент относится к карбидообразующим, поэтому в некоторые стали добавляют не более 1 % Cr. Даже при таком содержании повышение критических точек неизбежно, поэтому обязательно проводят закалку материала при высоких температурах.

1 % Cr содержится также в инструментальных сплавах. В таком количестве он повышает твердость и режущие характеристики.

В последнее время легирование сплавов проводят не одним компонентом, а сразу несколькими. В таком случае удается увеличить влияние примесей на стали и получить материалы с особыми качествами. К таким относятся:

Это далеко не весь перечень специальных сталей. Их существует великое множество, поэтому о составе или характеристиках того или иного материала лучше подробнее узнать у производителя.

Как утеплить дом, используя перлит

Перлит как утеплитель используют в виде песка (насыпная теплоизоляция); составляющей в теплоизоляционных изделиях и сухих готовых строительных смесях.

Перлитовый песок в качестве утеплителя для стен

Перлитовый песок для обустройства теплоизоляции дома является отличным материалом, с помощью которого можно не только эффективно утеплить жилище (потери тепла сокращаются на 50%), но и значительно облегчить конструкцию здания.

Обустройство теплоизоляции из вспененного перлита начинаем после того, как часть несущей стены (внутренней) и внешней кладки из кирпича (4-5 рядов) уже возведены. Засыпку песка крупного перлитового вспученного (с размером гранул около 6 мм), предварительно обеспыленного, осуществляем в промежуток между двумя этими стенами и тщательно утрамбовываем (объем должен уменьшиться на 10%). Песок засыпаем вручную или с помощью пескоструйной машины. Эту операцию повторяем несколько раз до тех пор, пока стены не будут возведены полностью. Кстати, по теплосберегающим свойствам перлитовый слой толщиной около 3 см соответствует кирпичной стене в 25 см. При строительстве щитовых домов песок засыпаем между листами обшивки (внутренним и внешним).

Если вы производите утепление старого дома, в стенах которого имеются пустоты, то засыпку песка можно сделать двумя способами:

Перлитовый песок является универсальным негорючим строительным материалом, который обладает целым рядом достоинств:

Совет! Не стоит использовать перлитовый песок, который является весьма влагоемким материалом, в качестве утеплителя в местах с повышенной влажностью.

Единственным минусом песка является то, что он очень пылит: поэтому перед использованием рекомендуется его слегка увлажнить.

Утепление пола с помощью перлита

Для теплоизоляции полов используем вспученный перлит, который высыпаем на цементно-песчаное основание пола и выравниваем строительным правилом. Высота теплолизоляционного слоя из песка составляет желаемую толщину плюс 20% дополнительного объема на усадку.

Важно! Рекомендуемая минимальная толщина слоя из перлита – не меньше 1 см

Неровности и трубопроводы утапливаем в слое сыпучего материала, сверху укладываем плиты и напольное покрытие. Если под домом отсутствует подвальное помещение, то для того, чтобы влага скапливалась и отводилась, под перлит укладываем дренажные трубки и абсорбирующие прокладки.

Другим эффективным способом утепления бетонного пола может быть укладка своеобразного «пирога»: обустраиваем перлитовую стяжку между двумя слоями из бетона. Сначала готовим перлитовый раствор со следующими компонентами:

Все составляющие смеси размешиваем до тех пор, пока вода не выступит на поверхность: это верный признак того, что раствор (перлитовая стяжка) готов к употреблению.

Совет! Так как перлит очень легкий материал, все работы с этим материалом рекомендуется производить в закрытом помещении, чтобы ветер никоим образом не помешал рабочему процессу.

После того, как перлитовая стяжка нанесена на бетонное основание, оставляем ее застывать. Через 1 неделю получаем отличный теплоизоляционный слой для пола, который прослужит долгие годы. Поверх него укладываем второй слой бетона.

Утепление кровли

Если вы не предполагаете обустраивать на чердаке жилое помещение, то будет вполне достаточно произвести утепление вспученным перлитом только чердачного перекрытия. В противном случае засыпаем перлит между балками ската крыши в короба, которые специально изготовлены для этой цели; затем песок тщательно утрамбовываем. Работа не требует определенных навыков и знаний.

Также для теплоизоляции наклонных крыш используют перлит, который обработан битумом в заводских условиях. Добавляем в этот битуминизированный перлит растворитель и получаем клейкий раствор, с помощью которого можно получить прочный теплоизоляционный слой.

Теплоизоляционные плиты из перлита

Теплоизоляционные плиты, в состав которых входят перлитовый песок и различные связующие вещества (битум, известь, полимерные соединения, цемент, гипс, глина, жидкое стекло), изготавливаются путем гидравлического прессования.

Для обычных положительных и низких отрицательных температур, включая области глубокого холода, используют перлитобитумные изделия, например плиты.

Основные достоинства утепляющих перлитовых плит: незначительная масса, высокие звуко- и теплоизоляционные характеристики; неподверженность гниению; стойкость к деформациям и механическим воздействиям.

Источник

Что такое пластичный и зернистый перлит

Как мы знаем, перлит – это структурная составляющая сталей и чугунов. Перлит – эвтектоидная смесь феррита и цементита. Не забудем, что эвтектоидная – значит это превращение из твердой фазы (аустенит) в опять же твердую фазу (перлит) при 727 0 С.
В обычных условиях перлит пластинчатый. На рис.1 показан именно такой перлит в стали 30. Светлые зерна – феррит, полосатые – перлит. Полоски чередуются – феррит и цементит. Если травить 4%-ым раствором азотной кислоты в этиловом спирте (как мы травим на лабораторной работе), то и цементит и феррит имеют белый цвет, а граница между ними – темный. Если пластинки широкие, то границы между пластинками видны очень хорошо. На рис.2 показан такой перлит в стали, в которой углерода немножко меньше, чем 0,8%. На рис.2а показаны достаточно ровные пластинки, на рис. 2б – помельче, зато хорошо видны отдельные перлитные колонии (группа пластинок, имеющих одно направление).

а	б

Рисунок 1. Пластинчатый перлит в стали 30.

а	б

Рисунок 2. Крупные пластинки перлита в углеродистой стали.

а	б

Рисунок 3. Перлит в стали 12ХМ (теплостойкая сталь, образец бесшовной трубы для работы при высоких температурах).

Если отжиг продолжить, то процесс изменения структуры идет дальше, и постепенно структура становится совершенно однородной. На рисунке 4а показано дальнейшее изменение зернистого перлита – цементит укрупняется, зерна феррита уже нельзя различить, но включения цементита еще расположены группами на месте бывших зерен пластинчатого перлита. На рис.4б – структура однородная и состоит из ферритной матрицы и круглых (глобулярных) включений цементита. Феррит выглядит темным из-за большого времени травления.

а	б

Рисунок 4. Формирование феррито-карбидной смеси в стали 15Х5М при отжиге (а) и окончательно сформированная феррито-карбидная смесь в подшипниковой стали ШХ15.

Источник