Превращение в стали при охлаждении
При охлаждении аустенита (γ) ниже температуры Аr1 происходит его превращение в перлит, заключающееся в перестройке решетки ГЦК в ОЦК, выделении углерода из аустенита и образовании кристаллов цементита. Скорость распада аустенита зависит от степени переохлаждения и скорости диффузии углерода. В зависимости от степени переохлаждения различают три температурные области превращения аустенита:
1) перлитное;
2) промежуточное или бейнитное;
3) мартенситное превращение.
Перлитное превращение протекает в области температур 727...500 °C. Поскольку процессы диффузии достаточно развиты в этой области, имеет место диффузионное превращение аустенита в перлит. Перекристаллизация происходит на участках аустенита с наиболее дефектным строением, обычно по границам зерен и в зонах с повышенной плотностью дислокаций. Толщина образующихся пластинок феррита и цементита зависит от степени переохлаждения: чем больше степень переохлаждения, тем меньше степень дисперсности получаемой структуры. В зависимости от дисперсности продукта распада аустенита различают перлит (размер пластинок 0,7 мкм), сорбит (0,25 мкм) и троостит (0,1 мкм). С увеличением степени дисперсности перлитных структур растет прочность и твердость сталей, но снижается пластичность. Лучшим сочетанием прочности и пластичности обладает сорбит.
Для изучения влияния переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость его превращения в перлит пользуются диаграммами изотермического распада аустенита (рис. 15.2, б), которые строят по кинетическим кривым превращения аустенита при различных степенях переохлаждения (рис. 15.2, а). На основе этих кривых устанавливают время начала (Н) и конца (К) превращения аустенита при данной температуре. Нанося параметры Н1, Н2, Н3 и К1, К2, К3 на диаграмму, строят диаграмму изотермического превращения аустенита.
а
б
Перлитное превращение
Промежуточное
превращение
Рис.
15.2. Кинетические кривые пуры
превращения (степени переохлаждения).ромежуточного.
ормирование структуры и свойств металлов в процессе пластической деформации
Диаграммы, подобные показанной на рис. 15.2, называются также S-образными диаграммами: кривая I на диаграмме показывает время начала распада аустенита в зависимости от температуры, кривая II – время конца распада аустенита. Эти линии делят поле диаграммы на ряд фазовых областей: левее кривой I – область неустойчивого аустенита; правее линии II – область продуктов распада аустенита. Между линиями I и II существуют аустенит и продукты его распада. Нижняя часть диаграммы соответствует превращению аустенита в мартенсит по бездиффузионному механизму при закалке.
Промежуточное превращение аустенита протекает в температурной области между 200 – 500 °C при сравнительно низких температурах, когда диффузия атомов железа сильно замедляется, а диффузия углерода протекает сравнительно легко. Механизм превращения состоит в том, что внутри зерен аустенита у одних участков происходит диффузионное перераспределение атомов углерода и эти участки аустенита, обогащенные углеродом, превращаются в цементит. Обедненные участки бездиффузионным путем превращаются в мартенсит.
Бейнитное превращение имеет сходство как с перлитным, так и с мартенситным превращением. Сходство с перлитным превращением в следующем:
а) процесс распада сопровождается диффузионным перераспределением углерода;
б) в результате распада образуется мелкодисперсная феррито-цементитная смесь.
Отличие от перлитного превращения заключается в том, что зерна (пластинки) феррита несколько пересыщены по углероду 0,1 – 0,2% вместо 0,01 – 0,02. Промежуточное превращение идет, как правило, не до конца (в этом его сходство с мартенситным превращением) с сохранением остаточного аустенита Аост, который при дальнейшем охлаждении превращается в мартенсит или сохраняется. Различают верхний 350 – 550 °C и нижний 240 – 350 °C бейнит. В верхнем бейните выделение карбидов происходит, главным образом, из аустенита, в нижнем – в кристаллах феррита.