ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Превращения в стали при охлаждении из "Технология термической обработки металлов Издание 2 " Распад переохлажденного аустенита (диаграмма изотермического превращения аустенита). Распад аустенита может происходить только при температурах ниже 727° С (критическая точка А1), когда свободная энергия аустенита выше свободной энергии продуктов его превращения (см. рис. 7). Следовательно, для распада аустенит должен быть переохлажден. От степени переохлаждения, т. е. от температуры, при которой происходит распад аустенита, зависят скорость превращения и строение продуктов распада аустенита. Закономерности этого процесса характеризуются диаграммой изотермического превращения аустенита, т. е. распадом аустенита при постоянной температуре. [c.11] Если нагретую до состояния аустенита сталь быстро охладить до температуры ниже температуры в критической точке А1 и затем выдержать при данной температуре, то превращение аустенита в феррито-цементитную смесь будет проходить в течение определенного времени. Такой процесс превращения аустенита при постоянной температуре (изотермический процесс) можно охарактеризовать зависимостями, приведенными на рис. И. После охлаждения стали до температуры t ниже температуры в критической точке Л1 аустенит сохраняется нераспавшимся некоторое время (отрезок о—а на рис. 11, а). Этот период времени называется инкубационным периодом. По истечении инкубационного периода начинается распад аустенита на феррито-цементитную смесь. С течением времени аустенит распадается все больше (отрезок а—б). Полный распад аустенита заканчивается по истечении времени, равного отрезку а—в (рис. 11, б). Следовательно, для распада аустенита на феррито-цементитную смесь при какой-то определенной температуре требуется определенное время. [c.12] Кривые изотермического распада переохлажденного аустенита приведены на рис. 12. [c.13] Приведенная на рис. 13, б диаграмма изотермического распада аустенита характерна для эвтектоидной стали. Если заменить условно обозначенные температуры конкретными данными, то такая диаграмма будет иметь вид, приведенный на рис. 14. [c.14] В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения перлитную, промежуточного превращения и мартенситную. [c.14] При дальнейшем росте перлитной колонии эти пластинки удлиняются (краевой рост) и присоединяют новые пары пластинок (цементита и феррита), параллельные исходным (боковой рост, рис. 15, г и д). При краевом росте вблизи фронта распада АБ (см. рис. 16) аустенит неоднороден у торца цементитной пластинки концентрация углерода низкая, а у торца ферритной пластинки — высокая. Такой перепад концентраций в аустените обеспечивает диффузионный перенос углерода вдоль фронта распада путем его диффузии в аустените, как показано стрелками на рис. 16, от мест обогащения возле феррита к местам обеднения возле цементита, что обеспечивает продолжение роста пластинок цементита и феррита. Такой процесс роста (краевого и бокового) перлитных колоний происходит до их столкновения, срастания и превращения всего аустенита в перлит (рис. 15,е). [c.15] При изотермическом превращении аустенита доэвтектоидных сталей в интервале температур выше изгиба С-кривой процесс начинается с образования избыточного феррита, что на диаграмме характеризуется линией а—б (рис. 18). Так как растворимость углерода в а-железе значительно меньше, чем в 7-железе, то превращению аустенита в феррит предшествует диффузия углерода (от периферии в глубь зерна), в результате чего участки аустенита, обедненные углеродом, превращаются в феррит, а аустенит обогащается углеродом (рис. 19). [c.16] При температуре, соответству- чющей изгибу С-кривой, диф- фузия углерода не происходит (V аустенит распадается без образования избыточного феррита. Получается феррито-цементитная смесь (троостит) с таким количе-N0 ством углерода, которое содержит данная доэвтектоидная сталь (рис. 19, в). [c.17] Мартенситное превращение. Мартенсит имеет совершенно отличную от других структур природу и образуется не так, как феррито-цементитные смеси. Характерной особенностью аустенито-мартенситного превращения является его бездиффузионный характер. [c.17] При большом переохлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частиц цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостита. Решетка 7-железа перестраивается в решетку а-железа. Углерод остается внутри решетки а-железа, в результате чего получается пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе. [c.17] Из изложенного следует, что мартенсит является пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в а-железе. Превращение аустенита в мартенсит протекает в определенном интервале температур. При охлаждении оно начинается при некоторой температуре в точке Л1 (см. рис. 14), которая в отличие от начала перлитного превращения не зависит от скорости охлаждения (для данной стали). Все большее превращение аустенита в мартенсит происходит по мере понижения температуры и заканчивается при температуре в точке Мк (см. рис. 14). [c.18] Если в мартенситном интервале охлаждение приостановить и дать выдержку, то превращение аустенита в мартенсит почти сразу же прекращается. Эта особенность резко отличает мартенситное превращение от перлитного, которое полностью протекает при постоянной температуре ниже А . При выдержке при температурах, близких температуре в точке М , не только прекращается образование мартенсита, но увеличивается стойкость аустенита против мартенситного превращения при последующем охлаждении. [c.19] Мартенситный интервал температур (точки М и Мк) определяется химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем при более низкой (но постоянной) температуре происходит превращение аустенита в мартенсит (рис. 22). Температура в точке Мк, так же как температура в точке Мн, понижается с повышением в аустените углерода. При содержании углерода более 0,6% мартенситное превращение заканчивается при температурах ниже нуля. Поэтому для того чтобы в высокоуглеродистых сталях получить большее количество мартенсита, их следует охлаждать до температур ниже нуля. Практически в ряде случаев стали подвергают такой обработке, которая называется обработкой холодом. [c.19] Большинство легирующих элементов (хром, марганец, никель и др.) снижает температуру мартенситного превращения (Л1 ) и увеличивает количество остаточного аустенита. Кобальт повышает температуру мартенситного превращения и уменьшает количество остаточного аустенита, а кремний не оказывает никакого влияния. [c.19] Аустенито-мартенситное превращение сопровождается увеличением объема. Все структуры стали можно расположить (от максимального объема к минимальному) в следующий ряд мартенсит— троостит—сорбит—перлит—аустенит. [c.19] Поскольку объем аустенита отличается от объема мартенсита, на границе между ними возникают напряжения, все время усиливающиеся с ростом мартенситного кристалла и вызывающие пластическую деформацию в аустените. В результате пластической деформации нарушается когерентность решеток мартенсита и аустенита, образуется некогерентная граница (значительные искажения в расположении атомов, рис. 25, б) превращение может идти только диффузионным путем, а при низких температурах диффузионный переход невозможен, поэтому рост мартенситного кристалла прекращается. [c.22] Характерным для мартенситного превращения является также измельчение блочной структуры, появление в кристаллах мартен- скта большого числа микродвойников, повышение плотности дислокаций, что наряду с образованием пересыщенного углеродом твердого раствора с тетрагональной кристаллической решеткой и обусловливает высокую твердость мартенсита НЯС 60—65). [c.22] Промежуточное бейнитноё) превращение. Область промежуточного превращения (промежуточное между перлитным и мартенсит-ным) распространяется от изгиба С-кривой ( 550° С) до критиче -ской точки М (см. рис. 14). При изотермической выдержке в этой области температур образуется структура, называемая бейнитом (игольчатым трооститом). [c.22] Ферритная фаза в бейните является пересыщенным раствором углерода в а-железе. Чем ниже температура промежуточного превращения, тем больше а-фаза пересыщена углеродом (до 0,1— 0,2% С). Обогащенный углеродом аустенит, обладая высокой устойчивостью, нередко не претерпевает превращения и сохраняется как остаточный аустенит с повышенной по сравнению с исходной концентрацией углерода. Таким образом, в результате промежуточного превращения структура стали в наиболее общем случае состоит из а-фазы (феррита), пересыщенной углеродом, частиц цементита, образовавшихся в результате выделения из аустенита и при распаде мартенсита, и остаточного аустенита с концентрацией углерода, отличной от средней. [c.23] Вернуться к основной статье