Вище було відзначено, що в технічних, сталях неминуче присутні домішки, які розглядаються як нормальні, якщо кількість їх не перевищує зазначених вище меж.
Понад зазначених меж вплив цих домішок на якість сталей стає все більш відчутним і допускається в найнижчих (невідповідальних) сортах стали або в особливих випадках, коли стали потрібно надати спеціальні властивості шляхом підвищення вмісту будь-якого елементу (ці випадки освіти легованих або спеціальних сталей) .
В якому б кількості домішки ні містилися в сталях, завжди потрібно пам'ятати про їхню присутність поряд з залізом і вуглецем і знати про їх вплив, так як воно іноді відбивається на структурі і властивостях стали.
За впливом на структуру сталей зазначені домішки можуть бути поділені на два класи:
1) домішки, помітні в мікроструктурі (видимі під мікроскопом), - S і О.
2) домішки, які не помітні під мікроскопом, Р, S, Мп. Це поділ грунтується на тому, що сірка і кисень майже зовсім нерозчинні в твердому залозі і, утворюючи хімічні сполуки з металами, виділяються в ньому у вигляді включень, помітних під мікроскопом.
Фосфор, кремній і марганець, навпаки, можуть розчинятися і в твердому залозі в кількості набагато більшому, ніж їх міститься зазвичай в стали: тому, коли вони присутні в якості домішки в незначній кількості, вони знаходяться в твердому розчині з залізом і під мікроскопом не можуть бути помітні , якщо тільки вони не з'єднані з S і О у вигляді неметалічних включень.
Щоб переконатися в тому, наскільки зазначені елементи-домішки розчиняються в твердому залозі і як вони ставляться до заліза, потрібно розглянути діаграми станів, утворені кожним з цих елементів з залізом. Ці діаграми наведені у додатку II (діаграми 1-5). Ми бачимо, що в діаграмі 1 майже зовсім немає області існування твердого розчину Fe - S, а в діаграмі 2 (Fe - О) область твердого розчину незначна (до 0,05%).
В інших трьох діаграмах ці області значні. В системі Fe - Р твердий розчин поширюється до 1,2% Р »» Fe- Si »» »» 14% Si
»» Fe- Мп »» »» 47% Mn
Таким чином, в останніх трьох випадках домішки Р, Si і Мп, що містяться зазвичай в частках відсотка в сталях, далеко не доходять до зазначених меж насичення твердих розчинів і, очевидно, будуть перебувати в розчиненому вигляді в залозі, т. Е. Атоми їх будуть розподілені в решітці заліза між атомами останнього. У такому випадку під мікроскопом присутності цих домішок помітити не можна.
Єдине, в чому може позначатися їх присутність в структурі зерен заліза - це в більшій чи меншій внутрікристалічної ликвации. Ця ізоляція, як було сказано, проявляється в різній концентрації твердого розчину у внутрішніх і зовнішніх ділянках зерна і при травленні дає характерну дендритну структуру.
Ізоляція проявляється тим сильніше, чим більше проміжок температур від початку до кінця затвердіння сплаву, і, отже, дендритная структура даного твердого розчину буде тим виразніше, чим більше зазначений проміжок температур від початку до кінця затвердіння.
У сплавах фосфору з залізом при утворенні їх твердого розчину інтервал затвердіння дуже великий. У цьому можна легко переконатися, дивлячись на діаграму 3 (додаток II) і особливо зіставляючи її з діаграмами 4 і 5, де проміжки температур затвердіння невеликі.
Отже, фосфор в залозі (і стали) повинен викликати сильну ликвацию і сприяти утворенню різко вираженою дендритних структури, a Si і Мп не повинні проявляти цього в значній мірі.
Дійсно, встановлено, що Р є сильно ліквірующіх домішкою, a Si і Мп майже зовсім не ліквірующіх. У присутності фосфору шляхом спеціального травлення 1 дуже різко виявляється типова дендритная структура железофосфорі-стого твердого розчину.
Поява такої структури після зазначеного травлення служить показником присутності фосфору, але фосфористих включень тут не видно. Неметалеві включення. Не те виходить для сірки і кисню: обидва ці елементи видно під мікроскопом, але не в чистому вигляді (як елементи S і О), а у вигляді їх хімічних сполук із залізом - сірчистого заліза (FeS) і закису заліза (FeO), a а також частково в з'єднанні з іншими домішками, особливо з Мп у вигляді сірчистого марганцю (MnS) і закису марганцю (МпО).
Ці хімічні сполуки як сірчисті (FeS і MnS), звані сульфідами, так і кисневі (FeO, МпО), звані оксидами, або оксидами, майже зовсім не розчиняються в твердому залозі і виділяються в ньому або в вигляді евтектики, або, частіше, в вигляді окремих включень різного виду і форми.
Для них характерно перш за все те, що на відміну від перліту вони можуть бути видимі на полірованому шлифе без всякого травлення, тому що всі вони представляють неметалеві тіла, подібні шлаку, чому їх і називають неметалевими або жужільними включеннями.
Приклад неметалевих включень на нетравленний шлифе показаний на фіг. 99. Тут вони мають вигляд цяток сіруватого або зеленуватого кольору на світлому (блискучому) поле полірованій поверхні шліфа.
Однак форма неметалічних включень може бути різноманітною. Іноді вони розташовуються у вигляді подовжених пластинок або оболонок навколо зерен металу, як показано
Після нормального травлення (слабкою азотною кислотою) вони залишаються без зміни, але будуть вже не так ясно помітні, так як поряд з ними будуть присутні і перлітні ділянки.
Але навіть і на протравленому шлифе неметалеві включення легко відрізнити від перліту по їх характерному неметалеві відтінку (сірувато-зеленому), а частково за формою, якщо ці включення мають округлені обриси, що здебільшого і спостерігається.
Колір їх може мати найрізноманітніші відтінки, аж до.совершенно чорного. За цим відтінкам часто визначають, якого роду включення є. Однак це судження не цілком надійно і визначити склад включення з його вигляду під мікроскопом досить важко. Про методи природи включеяій під мікроскопом см. Практичні посібники з металографії.
До неметаллическим ж включень, крім сульфідів і оксидів, потрібно віднести шлаки; вони часто заплутуються в металі при плавці і литві. Шлаки за своєю природою представляють складні сполуки (кремнекіслие, фосфорнокислиє та ін.), Що містять у собі поєднання окислів металів (Fe, Mn, А1 тощо.) І неметалічних елементів (Si, Р і ін.).
Вони іноді мають власну структуру, але часто бувають абсолютно одноколірні і нічим не відрізняються від зазначених сульфідів і оксидів, і щодо їх структури можна сказати те ж, що відносилося до сульфідів і оксидів.
Отже, вплив домішок на структуру сталей позначається головним чином в тому, що під мікроскопом поряд з перлітом і ферритом (або цементитом) виявляються включення або плівки, які представляють переважно сірчисті і кисневі сполуки, а іноді шлаки складного складу.