1.7. Диаграмма изотермического распада аустенита

Диаграммы изотермического распада аустенита описываю кинетику процесса в координатах температура-время, т.е. зависимость скорости процесса от температуры переохлаждения.

Рассмотрим такую диаграмму для простейшей эвтектоидной стали (см.рис.7).

Если аустенит переохладить ниже температуры А₁, то процесс распада аустенита на феррит и цементит начнется не мгновенно, а через определенное время. Это время зависит от температуры и называется инкубационным периодом. В зависимости от температуры инкубационный период изменяется по кривой с максимумом. Этому есть следующее объяснение. Чем при более

низкой температуре протекает распад аустенита, тем энергетически он более выгоден, и, следовательно, скорость процесса должна увеличиться. Однако, с понижением температуры уменьшается скорость диффузии, что замедляет процесс распада. Наличием этих двух противоположно влияющих на скорость распада аустенита факторов (энергетического и диффузионного) и объясняется характер изменения инкубационного периода от температуры. Чем при более низкой температуре протекает распад аустенита, тем энергетически он более выгоден, и, следовательно, скорость процесса должна увеличиться. Однако, с понижением температуры уменьшается скорость диффузии, что замедляет процесс распада. Наличием этих двух противоположно влияющих на скорость распада аустенита факторов (энергетического и диффузионного) и объясняется характер изменения инкубационного периода от температуры.

На диаграмме применяют лагорифмическую шкалу времени, чтобы можно было показать и быстро протекающие процессы и медленно протекающие (от секунд до суток).

Левый максимум на диаграмме показывает время до начала распада аустенита при разных температурах, правый- время до конца распада.

Горизонтальная линия Мн - начало мартенситного превращения.

На диаграмму с некоторыми допущениями могут быть нанесены скорости охлаждения.

Выше температуры максимальной устойчивости аустенита (относительно малые скорости охлаждения) получаются структуры перлит, сорбит и тростит. Образование их происходит в мягком пластичном аустените. Поэтому напряжения при образовании новых фаз (феррита и цементита) очень малы и перлитные участки получаются округленной формы, но цементит в них пластичный.

Ниже температуры минимальной устойчивости распад аустенита протекает в упругой среде, и выделение феррита и цементита сопровождается возникновением значительных напряжений. В таких условиях новой фазе легче расти игольчатой или пластинчатой форм очень малых размеров из-за малой скорости диффузии.

Структура эта называется бейнитом или промежуточной структурой и в рассматриваемой стали может получится только при изотермической выдержке. Различают верхний и нижний бейнит. Верхний бейнит образуется при температурах чуть ниже перегиба кривых и имеет твердость около 450НВ,

нижний образуется чуть выше начала образования мартенсита (Мн) и имеет твердость около 550НВ. Если скорость охлаждения достаточно велика и проходит левее максимума, то образуется структура закалки (М+Аост.).

Скорость охлаждения касательная к максимуму называется верхней критической скоростью закалки(Y_вкз).

Верхняя критическая скорость закалки - такая минимальная скорость охлаждения, при которой полностью подавляется диффузия, и не выделяются феррит и цементит.

Если скорость охлаждения проходит между максимами распада, то получается структура состоящая из мартенсита и тростита. Такая структура после закалки нежелательна (из-за понижения твердости) и получается, обычно, при недостаточно быстром переносе стали из печи в закалочный бак.

Диаграммы распада аустенита для сталей различного состава приводятся в справочниках. По ним можно определить тип получаемой структуры при различных скоростях охлаждения, критическую скорость закалки, что чрезвычайно важно при назначении режима термической обработки.

В заключение отметим, что в легированных сталях скорость распада аустенита замедляется за счет уменьшения скорости диффузии, кривые распада сдвигаются вправо, что позволяет получить мартенсит при меньших скоростях охлаждения.