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 превращения;

2) промежуточное или бейнитное;

3) мартенситное превращение.

Перлитное превращение протекает в области температур 727...500 °C. Поскольку процессы диффузии достаточно развиты в этой области, то 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 превращения аустенита, которые строят по кинетическим кривым превращения аустенита при различных степенях переохлаждения (рисунок 12). На основе этих кривых устанавливают время начала (Н) и конца (К) превращения аустенита при данной температуре. Диаграммы, подобные показанной на рис. 12 называются также C-образными диаграммами: кривая a на диаграмме показывает время начала распада аустенита в зависимости от температуры, кривая b – время конца распада аустенита. Эти линии делят поле диаграммы на ряд фазовых областей: левее линии a – область неустойчивого аустенита; правее линии b – область продуктов распада аустенита. Между линиями a и b существуют аустенит и продукты его распада. Нижняя часть диаграммы соответствует превращению аустенита в мартенсит по бездиффузионному механизму при закалке.

а

Рисунок 12. Кинетические кривые пуры превращения (степени переохлаждения).ромежуточного. 0000000000000000000000000000000000000000000000000000ревращения аустенита (а) и диаграмма изотермического распада аустенита стали С=0,8% (б)

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 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 превращениями. 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 А_ост, 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.

Нанося параметры Н₁, Н₂, Н₃ и К₁, К₂, К₃ на диаграмму, строят диаграмму изотермического превращения аустенита (рисунок 13).