Перлитное превращение в сталях на эвтектоидной основе

В доэвтектоидных сталях распад аустенита начинается в интервале между температурой и выделением избыточного феррита. По мере выделения феррита углерод оттесняется в аустенит и по мере накопления на границах углерода там создаются условия для образования перлитной колонии. При этом среднее содержание углерода может быть не равным 0,8%. В этом случае для роста цементитной пластинки требуется получить углерод из больших объемов окружающего аустенита, чем, если бы содержание углерода было 0,8. Тогда соотношение пластин феррита и цементита не равно 7:1.

Среднее содержание углерода в таком эвтектоиде меньше 0,8% в доэвтектоиде или больше 0,8% в заэвтектоиде. Такая смесь называется квазиэвтектоид. Рост перлитной колонии происходит быстро, и в тот момент, когда начинается превращение аустенит→перлит, выделение избыточного феррита прекращается. В стали оказывается меньше избыточного феррита, чем это характерно для равновесных условий. При некоторой степени переохлаждения выделение свободного феррита вообще не происходит.

Влияние легирующих элементов на перлитное превращение

Легирующие элементы сильно влияют на перлитное превращение. Все обычно применяемые легирующие элементы кроме кобальта повышают устойчивость переохлажденного аустенита в ферритной области, т.е. сдвигают С-кривые вправо. Такое действие объясняется тем, что они замедляют γ→α превращение, замедляют диффузию углерода. Требуется дополнительная диффузия самих легирующих элементов, так как они неравномерно распределяются между ферритом и карбидной фазой.

Мартенситное превращение

Мартенситное превращение возможно в любых металлах и сплавах в которых есть полиморфное или эвтектектическое превращение. Структура мартенсита – пересыщенный твердый раствор, такого же состава что и исходная фаза.

Особенности мартенситного превращения в углеродистых сталях:

1.Мартенситное превращение протекает при быстром охлаждении углеродистой стали с температурой выше А₁, например в воде, когда подавлен диффузионный распад аустенита. Концентрация углерода в мартенсите такая же, как и в исходном аустените. Следовательно, в отличие от перлитного превращения мартенситное – бездиффузионное.

2. Мартенситное превращение в углеродистых сталях начинается при определенной температуре М_н. На С-образных кривых она горизонтальна и зависит от состава. Температура начала мартенситного превращения не зависит от скорости охлаждения в очень широком диапазоне скоростей. Заканчивается мартенситное превращение при постоянной температуре М_н.

3. При температуре М_н превращение только начинается , появляются первые кристаллы мартенсита. Чтобы мартенситное превращение развивалось, необходимо непрерывно охлаждать углеродистую сталь в мартенситном интервале М_н - М _к. После мартенситного превращения даже при охлаждении практически «мгновенно», образуется некоторое количество, остаточного аустенита.

4. В отличие от перлитного мартенситное превращение не имеет инкубационного периода. Из-за этого мартенситное превращение не может быть подавлено.

5. Мартенсит образуется в форме пластин, растущих с громадной скоростью (порядка 1 км/с ) при любых температурах. Количество мартенсита при охлаждении ниже точки М_н увеличивается не вследствие подрастания уже образовавшихся пластин, а в результате «мгновенного» возникновения все новых и новых пластин.

6. Между решетками кристаллов мартенсита и исходного аустенита имеется определенное ориентационное соотношение, закономерная ориентировка решетки мартенсита по отношению к решетке аустенита.

7. При мартенситном превращении в углеродистых сталях на плоской полированной поверхности образца образуется характерный рельеф.

Термодинамические предпосылки мартенситного превращения

Аустенит является высокотемпературной фазой в углеродистых сталях. Ниже точки А₁ он не стабилен.

Распад аустенита на феррито-карбидную смесь – это связанный с перераспределением углерода диффузионный процесс с перемещением атомов на расстояния, намного превышающие период решетки аустенита.

При быстром охлаждении стали аустенит не успевает сильно переохладиться, не претерпев диффузионного распада на смесь двух фаз. Но аустенит не может полностью сохраниться при любом сколько угодно быстром охлаждении до комнатной температуры, так как в углеродистой стали его энергия Гиббса начиная с некоторой температуры Т_о , оказывается выше энергии Гиббса пересыщенного твердого раствора углерода в а-железе (мартенсита), имеющий состав, одинаковый с составом исходного аустенита, и отличающегося от него типом кристаллической решетки.

Мартенсит – метастабильная фаза; При любых температурах он обладает большей энергией Гиббса чем смесь двух стабильных фаз – феррита и цементита. Для получения феррито-карбидной смеси из аустенита необходимы активные диффузионные процессы. В интервале температур, где диффузия не протекает такое превращение не проходит, поэтому с аустенита будет образовываться мартенсит.

Так, как мартенсит пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе, то решетка его должна бить обьемноцентрированая. Из-за избытка углерода решетка искажается и становится тетрагональной. С увеличением пересыщенности мартенсита углеродом растет тетрагональное искажение его решетки: отношение осей а/с = 1 + 0,046р, где р – концентрация углерода.