Стальная деталь (части пресс-формы для формования кирпичей) дала трещины в процессе эксплуатации (рис. 1); также верхний слой пресс-формы откалывался. По регламенту изготовления сталь должна была пройти цементацию и соответствующую термическую обработку.

а	б

Рисунок 1. Трещины в поверхностном слое детали: а-плоская часть, б – зона резьбы; не травлено

При металлографическом исследовании в одном из фрагментов пресс-формы обнаружены включения цементита по границам бывших аустенитных зерен (рис. 2а), а также сплошная сетка (рис.2б). Сама структура стали до проведения процесса цементации также неудовлетворительна. Судя по размерам мартенситных игл, исходная структура стали была неоднородна (рис.3 а). В структуре присутствуют также многочисленные и протяженные сульфиды (рис.3 б). В процессе цементации вдоль сульфидов проходила диффузия углерода.

а	б

Рисунок 2. Цементит в поверхностной зоне пластины стали: а - отдельные фрагменты, б – сетка

а	б

Рисунок 3. а - неоднородность структуры стали после закалки и отпуска, б - сульфиды

В другой части пресс-формы обнаружены многочисленные включения цементита в поверхностной зоне (рис.4 а) и далее вглубь- сплошная сетка цементита по границам зерен (рис.4 б, 5).

а	б

Рисунок 4. Включения цементита: а – край пластины, б – сетка по границам зерен.

а	б

Рисунок 5. Морфология цементитной сетки

Судя по структуре на рис. 4б, изменение концентрации углерода в слое достаточно резкое. Это может быть следствием низкой температуры цементации (рис. 6). Слой с резким изменением концентрации углерода может откалываться в процессе эксплуатации.

Рисунок 6. Распределение углерода в слое после цементации при различной температуре: 1 – 816 ^оС, 2 – 927 ^оС,3 – 1036^оС.

После травления более отчетливо проявляются трещины в зоне резьбы (рис. 7 а). При повышении увеличения видно, что трещина транскристаллитная, и распространяется по границам зерен с цементитной оторочкой (рис.7 б).

Рисунок 7. Трещины в зоне резьбы

Сетка цементита является безусловным браком процесса цементации. Вообще наличие цементита в слое нежелательно, за исключением очень толстых слоев у деталей, в которых он служит для увеличения сопротивления трению даже за счет повышения хрупкости слоя.
При цементации возможно образование как цементитной, так и ферритной сетки. Феррит, выделяющийся из аустенита с концентрацией вблизи точки S (рис. 8), является как бы оболочкой зерна аустенита; иногда он появляется в местах пластических искажений в кристаллах аустенита. Он имеет вид сетки или пластинок по плоскостям скольжения; при этом он может походить на цементит.
В рассматриваемом случае сетка все же не может быть ферритной. Сталь претерпела закалку, охлаждение было достаточно быстрым, поэтому формирование феррита вряд ли возможно. Поэтому выше сетка была классифицирована как цементитная.

Рисунок 8. Фрагмент диаграммы состояния железо-цементит.

Цементит выделяется по линии SE (рис.8) из насыщенного углеродом аустенита. Вблизи точки S цементит образует оболочку по границам зерен аустенита. Если имеется избыток цементита, то он формируется в виде игл, которые из сетки внедряются в зерно (рис.5).
Образованию сетки цементита может способствовать колебание температуры. При понижении температуры ниже из твердого раствора начинают выделяться зернышки цементита как кристаллические зародыши. При повышении температуры выше выделившийся цементит не успевает раствориться.