8.4.Превращение аустенита при охлаждении (перлитное превращение).

Основное превращение при медленном охлаждении стали с температурой выше A_c1 это эвтектоидный распад аустенита на феррито-цементитную смесь-перлит. Процесс диффузионный, связанный с распадом твердого раствора А на две резко различные по химическому составу фазы - Ц - 6,67%С и Ф-0,02%С. Процесс идет при переохлаждении сплава, когда Δ F > 0 . Движущаяся сила процесса - величина ΔF (чем >ΔТ , тем >ΔF). Контролирует процесс диффузия углерода. Однако чем ниже температура превращения (>ΔТ),тем меньше скорость диффузии углерода. При очень больших (ΔТ) ( для углеродистой стали –500⁰С) диффузия углерода (D_с) практически равна нулю и диффузионный распад аустенита невозможен. Вследствие влияния двух факторов, действующих в противоположных направлениях ,( с увеличением ΔТ уменьшается D_с и увеличивается ΔF) скорость превращения изменяется по сложной зависимости (рис.8.8)

Кинетика кристаллизации в твердом состоянии, как и при переходе из жидкого состояния в твердое, определяется двумя параметрами: скоростью зарождения центров кристаллизации [ 1/сек мм³] и линейной скоростью их роста С [мм /сек] и может быть изображена кинетической кривой, которая показывает нарастание количества новой структурной составляющей (перлита) во времени (рис.8.9). Скорость меняется по кривой с максимумом. В начале изотермической выдержки превращения не наблюдается - инкубационный период (в действительности объем превращения фазы так мал, что экспериментально не фиксируется).

Для различных степеней переохлаждения (различных температур изотермических выдержек, лежащих ниже A_c1) можно построить изотермические кривые. Вначале с увеличением степени переохлаждения уменьшается время инкубационного периода ( oa1>oa4>oa5) и уменьшается время полного превращения (овз<ов4<ов5) (рис.8.10).

На основе кинетических кривых можно построить обобщенный график изотермического распада аустенита для данной марки стали. Такая диаграмма очень удобна, т. к. строится в координатах режима термической обработки. Она позволяет для любой температуры превращения определить время инкубационного периода и время полного превращения. При изотермической обработке на рис.8.11 представлена диаграмма изотермического превращения для эвтектоидной стали, построенная по кинетическим кривым рис.8.10.

Отрезки на рис. 8.11,отложенные при соответствующих температурах по горизонтали от ординаты до точки а1, в1, а2, в2 и т. д. Пропорциональны отрезкам oa1, оа2, оаз, оа4 и т.д. (рис.8.10). Правая кривая - начало изотермического превращения переохлажденного аустенита в перлит, левая кривая - конец этого превращения. Обе кривые называются С - кривыми, изгиб соответствует максимальной скорости превращения и минимальной устойчивости переохлажденного аустенита.

Распад начинается обычно на стыке аустенитных зерен образованием зародыша цементита (рис.8.12,а). При утолщении цементитной пластины вблизи нее аустенит обедняется углеродом, и создаются условия для образования роста ферритной пластины (рис.8.12,б,в). При утолщении ферритной пластины углерод оттесняется в аустенит, в результате создаются условия для появления новых цементитных пластин (рис.8.12г,д). Рост идет в продольном и поперечном направлениях. Хотя на шлифе Ф и Ц выглядят как изолированные включения, однако, в действительности эвтектическая колония бикристалл состоит из переплетающихся дендритов двух фаз.

Межпластиночное расстояние (суммарная толщина пластин Ф и Ц) постоянны для данной степени переохлаждения аустенита. Это важная структурная характеристика, чем она меньше, тем дисперсией структура и выше прочностные свойства стали. Если распад происходит при 650 °С- 2Δ =0,5- 1мкм ,НВ~170-220-перлит ; при 650 -570°, 2Δ -0,4 - 0,2мкм ,НВ -230-330-сорбит; при570°-500°С, 2Δ= ~0,1мкм, НВ 330 -460 тростит (выявляется только под электронным микроскопом).

На практике термическую обработку чаще всего производят при непрерывном охлаждении. В этом случае С - диаграмма позволяет получить только качественные характеристики. Так если на рис.8.11 провести кривые охлаждения со скоростью V₁ и V₂, (где V₁>V₂), то четко видно, что при большей скорости охлаждения превращение начинается при большем переохлаждении, а само превращение происходит за более короткий промежуток времени.