Видманштетт – это микроструктура сплава, сформированная в процессе кристаллизации или фазовой перекристаллизации, представляющая собой кристаллы, растущие в определенных направлениях, с прослойкой эвтектики.

В учебниках по металловедению и металлографии видманштетт обычно показан на примере доэвтектоидной стали, в которой видманштеттова структура практически встречается чаще всего. Пример ферритного видманштетта показан на рис. 1.

Рисунок 1. Ферритный видманштетт в доэвтектоидной стали

Видманштетт в стали формируется в результате фазовой перекристаллизации в ходе превращения аустенита.
Происхождение видманштетта объясняется на основе распределения прослоек эвтектики (эвтектоида) параллельно граням растущего кристалла. В доэвтектоидной стали растущим кристаллом является феррит, в заэвтектоидной – цементит; перлит – это эвтектическая прослойка. Кристаллы новой фазы (феррит или цементит) возникают и растут в определенной ориентационной связи с решеткой исходной фазы (аустенита )- это главное; скорость их роста в некоторых кристаллографических плоскостях и направлениях в аустените больше, чем в других. Т.о., в результате образуются кристаллы пластинчатой и игольчатой формы. Поэтому взаимная ориентация кристаллов, образовавшихся в одном исходном зерне, будет закономерной, а углы между направлениями пластин и игл будут вполне определенными. Что и наблюдается на рис.1 – кристаллы феррита либо параллельны, либо расположены под определенными углами друг относительно друга.

Цементитный видманштетт в обычной практике наблюдается реже, чем ферритный. Форма кристаллов цементита связана с режимом охлаждения (рис.2). Кристаллы цементита зарождаются на поверхности зерен аустенита и неметаллических включений. При медленном охлаждении, когда зародышей немного, формируются крупные равноосные кристаллы (зернистый перлит), рис.2,а. С увеличением количества зародышей границы зерен имеют сплошную оболочку цементита (заэвтектоидная сталь с пластинчатым перлитом), рис.2,б. При большем переохлаждении и небольшой скорости теплоотвода кристаллы цементита растут в аустените в виде пластин и игл тем более тонких, чем ниже температура. В результате формируется видманштеттова структура (рис.2,в), в которой пластины цементита находятся в определенном кристаллографическом соотношении с аустенитом. После образования первых кристаллов цементита в аустените создается химическая неоднородность и возникает диффузия углерода к фронту кристаллизации, за счет чего и растут кристаллы цементита.

а	б	в

Рисунок 2. Морфология цементита: а – зернистый цементит, б – сетка цементита, в - цементитная сетка и цементитный видманштетт

 Поскольку видманштетт образуется при небольших скоростях охлаждения, то он никогда не наблюдается на краю образца или изделия. Видманштетт является, если так можно выразиться, структурой внутренних слоев. Это показано на рис. 3. Игольчатые кристаллы формируются, в основном, в середине образца.

а	б

Рисунок 3. Структура стали 30 на кромке (а) и в центре (б) образца

Образование видманштеттовой структуры связано с определенной скоростью охлаждения и величиной переохлаждения в момент распада аустенита. На рис. 4-5 рассматривается пример влияния условий охлаждения на примере зон сплавления стали и чугуна. На рис.4а показана диффузионная зона; диффузия углерода из чугуна в сталь успела пройти, и на границе образовалась зона перлита. При удалении от линии сплавления проявляется ферритная сетка. Игольчатых кристаллов не сформировалось, скорость охлаждения слишком высока для их образования. На рис. 4б показана диффузионная зона при большой (закалочной) скорости охлаждения. С обеих сторон от границы образовался мартенсит – четкая полоса с хорошо видной границей в чугуне и более широкая полоса закаленной структуры в стали, травящаяся зеленым цветом. На удалении от этой полосы структура представляет собой сорбит с ферритной сеткой по границам зерен. В этой сетке присутствуют отдельные игольчатые кристаллы феррита.

а	б

Рисунок 4. Зона сплавления серого чугуна и доэвтектоидной стали.

При промежуточной скорости охлаждения, когда закалка стали уже не может произойти, и формируется самый интересный случай. В слое чугуна произошла закалка – там есть мартенсит. В поверхностном слое стали концентрация углерода повысилась, но скорость охлаждения не была достаточной для закалки. Там сформировалась видманштеттова структура из игл цементита. Далее следует темнотравящаяся зона, возможно перлит.

а	б

Рисунок 5. Зона сплавления чугуна и стали

Видманштетт можно наблюдать в процессах сварки, наплавки, сплавления. На рисунке 6 показано видоизменение феррито-перлитной структуры образца после сплавления двух сталей. Игольчатые кристаллы формируются только на ограниченном участке структуры (показано красным).

Рисунок 6 . Панорама изменения структуры в зоне сплавления сталей

При более медленном теплоотводе при сварке формируется, так сказать, классический ферритный видманштетт (рис.7а). В результате наплавки упрочняющего покрытия (рис.7б) отвод тепла произошел достаточно быстро; при этом смогли образоваться отдельные игольчатые кристаллы.

а	б

Рисунок 7 . Формирование видманштетта при сварке (а) и в зоне термического влияния наплавки (б)