Превращение аустенита в феррито-цементитную смесь при медленном охлаждении стали

Превращение перлита в аустенит при нагреве стали

Если нагревается эвтектоидная сталь, состоящая только из зёрен перлита, превращение перлита в аустенит, согласно диаграмме состояния, происходит при температуре 727°С. В реальных же условиях неравновесного, относительно быстрого нагрева такое превращение происходит при более высоких температурах, т.е. в условиях некоторого перегрева перлита. Чем выше степень перегрева перлита, тем быстрее идёт превращение. Этот процесс состоит из двух элементарных подпроцессов: из полиморфного превращения a-железа в g-железо и растворения углерода цементита в g-железе. Полиморфное превращение опережает процесс растворения цементита, поэтому требуется некоторое время для выравнивания аустенита по химическому составу.

Зёрна аустенита всегда образуются маленькими, но с увеличением температуры растут. По склонности к росту зерна аустенита, стали подразделяют на наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые. Склонность к росту зерна зависит от химического состава стали. При повышении температуры может наблюдаться перегрев стали, который сопровождается значительным увеличением размера зерна. С увеличением размера зерна снижается вязкость и повышается порог хладноломкости стали. Перегрев можно исправить повторным нагревом стали до более низких температур. При более высоком нагреве может происходить окисление по границам зерен аустенита. Такое явление называется пережогом. Пережог характеризуется камневидными изломом стали и является неисправимым дефектом.

При температурах ниже 727°С аустенит становится неустойчивым и испытывает превращение. Это превращение может происходить как при непрерывном охлаждении аустенита, так и при постоянной температуре его выдержки. Последнее превращение называют изотермическим распадом аустенита. Продуктом распада аустенита является феррито-цементитная смесь. Поскольку феррит с цементитом существенно отличаются по химическому составу от исходной фазы, то для процесса распада аустенита требуется достаточное время и высокая диффузионная активность атомов. Другими словами данное превращение носит диффузионный характер. С увеличением степени переохлаждения аустенита (т.е. уменьшением его температуры) скорость распада с одной стороны возрастает, а с другой стороны уменьшается, за счёт снижения диффузионной подвижности атомов. Следствием взаимодействия двух противоположенных тенденций является то, что с понижением температуры выдержки аустенита скорость его распада сначала нарастает, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться. Определив время начала и завершения распада аустенита при различных температурах его выдержки, строят диаграмму изотермического распада аустенита. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали выглядит следующим образом:

Рис 7.2. Диаграмма изотермического распада аустенита.

Здесь по оси X отложено время (натуральный логарифм времени). Точки, отражающие время начала и завершения процесса распада аустенита при различных температурах его выдержки, образуют на диаграмме С-образные кривые. Горизонтальная линия М_Н отражает температуру начала мартенситного превращения аустенита, а М_К - температуру завершения этого превращения.

На рассматриваемой диаграмме выделяют 6 характерных областей:

1. Область устойчивого аустенита.

2. Область переохлажденного, не устойчивого аустенита.

3. Область превращения аустенита в феррито-цементитную смесь.

4. Область завершившегося превращения аустенита в феррито-цемент- итную смесь.

5. Область мартенситного превращения аустенита.

6. Область мартенсита.

Из диаграммы распада видно, что с увеличением степени переохлаждения аустенита его неустойчивость сначала возрастает, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться. Наиболее неустойчивым оказывается аустенит при температурах на 150 - 200°С ниже линии 727°С.

Диаграмма изотермического распада аустенита позволяет установить конечную структуру стали после ТО, если известна температура её выдержки или скорость охлаждения. Если переохлажденный аустенит выдерживать при температуре 650 - 700°С, он превращается в перлит. При температурах выдержки аустенита от 600 до 650°С образуются более мелкие пластины феррита и цементита. Такую смесь феррита с цементитом называют сорбитом. При более низких температурах выдержки (550 - 600°С) образуются еще более мелкие пластины феррита и цементита. Такую смесь называют трооститом.

Перлит, сорбит и троостит являются, по сути, механической смесью феррита с цементитом и отличаются друг от друга только размером зёрен или иначе степенью дисперсности. Чем выше степень дисперсности, тем тверже и прочнее материал.

При температурах выдержки аустенита ниже 550°С образуется бейнит. Бейнит отличается от троостита более высоким (неравновесным) содержанием углерода в феррите. Это объясняется снижением диффузионной подвижности атомов углерода при низких температурах, в результате чего избыточный углерод не успевает покинуть a-железо. Если пластины перлита растут в относительно мягком аустените и приобретают округлую форму, то пластинки бейнита растут в относительно жесткой матрице аустенита, и поэтому приобретают резкую, игольчатую форму. Бейнит иногда называют игольчатым трооститом.

Дата добавления: 2014-01-11