Классический феррит (от латинского слова ferrum – железо) – это твердый раствор углерода в α – железе. В настоящее время ферритом считается твердый раствор не только углерода, но и других элементов в α –железе.
Феррит имеет объемноцентрированную кубическую кристаллическую решетку (рис.1, б). Максимальное содержание углерода в -железе - 0,02% при температуре 727 °С. При комнатной температуре содержание углерода в феррите - 0,006%. Феррит – мягкая, пластичная структура со следующими механическими свойствами: предел прочности бв = 250 МПа; твердость по Бринеллю НВ = 800-1000 МПа; относительное удлинение δ = 40%; относительное сужение = 80%.
Примером феррита является армко-железо, его микроструктура показана на рис.1 а. После травления 4-% раствором азотной кислоты в этиловом спирте она представляет собой светлые зерна, разделенные темными границами.Твердость феррита зависит от размера зерна (рис.2).
а | б |
Рисунок 1. Структура армко-железа и элементарная ячейка a-железа.
Рисунок 2. Зависимость твердости феррита от размера зерна
А́рмко-желе́зо (ARMCO — сокращенное название американской фирмы American Rollin Mill Corporation), техническое чистое железо, получаемое в мартеновских и электрических плавильных печах при удлинении процесса выгорания примесей. Общее содержание примесей в армко-железе около 0,16%, в том числе не более 0,025% углерода; 0,035 % марганца; 0,05% кремния; 0,015% фосфора, 0,025% серы; 0,05% меди (http://megabook.ru/).
Ферритную структуру имеют также стали с небольшим содержанием углерода. Примером может служить сталь 08Ю (автолист), а также сталь импортного производства DX – 54, используемая для неответственных деталей, в частности, крышки масляного фильтра. Составы сталей приведены в таблице 1.
а | б |
Рисунок 3. Структура стали: а - 08Ю, б - DX - 54.
Таблица 1 . Составы сталей (%, мас.).
Марки сталей | C | Si | Mn | S | P | Al | Остальное |
08Ю | 0.07 | 0.03 | 0.35 | 0.025 | 0.02 | 0.02-0.07 | |
DX-54 | 0.02 | 0.013 | 0.128 | 0.005 | 0.007 | 0.045 | Cr, Ni, Cu, Ni, W, Co, Sn, Pb |
При повышении содержания углерода в структуре стали появляется перлит (рис.4). Феррит остается светлым. На этих фотографиях зерна феррита имеют разный цвет. Это зависит от того, какой лампой освещается образец в микроскопе, а также какая видеокамера используется для фиксации изображения. На самом деле зерна феррита белые. А вот разный оттенок зерен (рис.3, 5) говорит о том, что они повернуты друг относительно друга на разные углы.
а | б |
Рисунок 4. Структура углеродистой стали: а – сталь 3, б – сталь 10.
Рисунок 5. Разориентированные зерна феррита в деформированной углеродистой стали
В структуре углеродистой стали есть еще фазы белого цвета (рис.6). Крупные зерна – это феррит. Полоски, отмеченные стрелкой – цементит. Подробно о таких структурах написано в статье Анисович А.Г., Красневского С.М., Степанковой М.К. «Использование темнопольного изображения для идентификации фазовых составляющих трубных сталей». Литье и металлургия. 2012. - №1(64) – с.99-103.
Рисунок 6. Структура углеродистой стали после деформации.
Феррит есть также и в чугуне. Если вспомнить диаграмму состояния железо-цементит, то окажется, что ниже линии PSK в сталях и чугунах присутствуют только феррит и цементит. Там, конечно, есть еще ледебурит, перлит, но это тоже в сущности феррит+цементит. Феррит в сером чугуне показан на рис.7.
Рисунок 7. Фазы серого чугуна.
При определенных условиях серый чугун может иметь ферритную матрицу (рис.8). Например, определенная структура серого чугуна с ферритной оторочкой вокруг включений графита получается при легировании чугуна магнием (рис 9).
а | б |
Рисунок 8. Серый чугун с ферритной матрицей: а – шаровидный графит, б – хлопьевидный графит.
Рисунок 9. Структура серого чугуна с шаровидным графитом