Мартенситне перетворення в сталі

Ізотермічне перетворення переохолодженого аустеніту

ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СТАЛІ

План:

3. Перетворення при відпуску сталі

t₂ =550°

1. Якщо сталь зі структурою А, отриману в результаті нагрівання до темпе- ратури вище Ас₃ або А_ст переохолодити до температури нижче А, то аустеніт виявляється в метастабільному стані і відбуваються перетворення. Для опису перетворення переохолодженого А користуються експериментально побудованими діаграмами ізотермічного перетворення А, тобто перетворення, що протікає при постійній температурі. Для вивчення ізотермічного перетворення А зразки сталі нагрівають до температур, що відповідають існуванню стабільного А, а потім швидко охолоджують (переохолоджують А) до температури нижче А₁, наприклад до 700, 600, 500, 300°С і т.д. і витримують при цих температурах до повного розпаду А. Ступінь його розпаду можна визначити різними методами: мікроскопічним, магнітним, дилатометричним та ін. Результати дослідження при постійній температурі характеризує крива, що показує кількість А, що розпався в залежності від часу, що пройшов з моменту початку розпаду.

Як видно з малюнка 28, протягом деякого часу (Н_1, Н₂, Н₃) розпад А експериментально не фіксується. Цей період називають інкубаційним. Після нього А починає розпадатися. Лінії, що мають форму букви "С" - С-подібні криві на нижньому малюнку вказують час початку перетворення (лін. 1) і час кінця припинення переохолодженого А. В області діаграми, розташованої лівіше лінії 1 існує переохолоджений А, між лініями 1 і 2 відбувається перетворення, правіше лінії 2 знаходиться область, в якій існують продукти перетворення аустеніту. Стійкість А значно змінюється зі зміною ступеня переохолодження. Найменшу стійкість має аустеніт при температурах близьких до 550°С. Для евтектоідної сталі тривалість інкубаційного періоду при цій температурі складає близько 1с. Зменшення стійкості А і росту швидкості його перетворення зі збільшенням ступеня переохолодження пояснюють зростанням різниці вільної енергії А і утворюючихся фаз. При цьому зменшується розмір критичного зародку, здатного до росту. Підвищення стійкості А і зменшення швидкості його перетворення при великих ступенях переохолодження виникає зі зниженням швидкості і росту нових фаз унаслідок уповільнення процесу дифузії. В міру віддалення від температури 550°С стійкість аустеніту зростає із збільшенням дисперсності перліту і швидкості нагрівання.

У доевтектоідних і заевтектоідних сталях після переходу П в А у структурі зберігаються надлишкові структурні складові Ф і Ц, відповідно.

У доевтектоідних сталях при нагріванні від Ас₁ до Ас₃ відбувається розчинення надлишкового Ф в А, а в заевтектоідних сталях при нагріванні від Ас₁ до А_ст - розчинення надлишкового Ц в А. Обидва процеси супроводжуються дифузією вуглецю, що призводить до вирівнювання концентрації і невеликим збільшенням кристалів А.

Чим більше в сталі С, тим швидше протікає процес аустенізації, що пояснюється збільшенням кількості Ц і ростом поверхні розділу Ф-Ц. Подальше нагрівання сталі в однофазній аустенітній області призводить до росту зерна А (процес збірної рекристалізації). Чим вища температура нагрівання і чим довша витримка, тим крупніші будуть кристали аустеніту. Швидкість росту аустенітних зерен при нагріванні вище А_с або А_ст неоднакова для різних сталей; вона дуже залежить від способу розкислення сталі і від наявності легуючих елементів. У залежності від швидкості росту аустенітних зерен розрізняють природно-крупнозернисті і природно-дрібнозернисті сталі. Спадково крупнозернисті сталі – ті, у яких по мірі перевищення температури А_с або А_ст, кристали А швидко збільшуються; такими є сталі розкислені Fе - Sі і Fе -Мn. Спадково дрібнозернисті сталі – ті, у яких при нагрівах до 1000-1100°С кристали А ростуть з малою швидкістю. Це сталі додатково розкислені А1 і леговані сталі, що містять карбідоутворюючі елементи (особливо Ті і V). Гальмуючий вплив на ріст зерен роблять частки А1N, які розташовуючись по границям зерен, перешкоджають збірній рекристалізації. При температурі (Т) більше 10001100°С А1N розчиняється і перешкоди для росту зникають. Спеціальні карбіди розчиняються в А повільно і поки нерозчинені залишки присутні поряд з А, збірна рекристалізація протікає з малою швидкістю. Тільки Мn збільшує швидкість росту А зерна.

Природну зернистість сталей оцінюють балами, спеціально розробленої
шкали зернистості. Відповідно до ДСТУ, схильність до росту зерна аустеніта при перегріві оцінюється розміром зерна, яке формується після 3-х чи 8-ми годинної витримки сталі при 930°С. Ця температура і тривалість витримки призводять до значного збільшення зерна в природно-крупнозернистих сталях і не викликає значного росту зерна у природно-дрібнозернистих. Сталі, що мають грубу крупнозернисту структуру внаслідок високотемпературних нагрівів - називають перегрітими; перегрів виправляється повторною аустенізацією (Ас₃, А_ст) з нагріванням до більш низьких температур. При 700°С складає близько 10 с, а при 300°С близько 1 хв. Перетворення А при температурах в інтервалі Ar₁ - 550 °С називають перлітним, а перетворення при температурах в інтервалі 550 °С - М_н - проміжним.

В інтервалі температур перлітного перетворення, у результаті розпаду А,

створюються пластинчасті структури перлітного типу, тобто структури,

утворені з кристалів Ф і Ц. Будова перлітної структури залежить від

температури перетворення. Зі збільшенням ступеня переохолодження,

відповідно до загальних законів кристалізації, зменшується розмір кристалів,

що утворилися, тобто зростає дисперсність ферито - цементитної суміші, яку

прийнято оцінювати міжпластинчастою відстанню за яку приймають середню cумарну товщину сусідніх пластинок фериту і цементиту. Якщо перетворення відбувається при температурах вищих ніж 650 ÷ 670°С, утвориться груба суміш кристалів фериту і цементиту з міжпластинчастою відстанню 510^-4 ÷ 710^-4 мм. Таку суміш називають перлітом (П). Якщо перетворення відбувається при температурах 590-640°С, міжпластинчаста відстань зменшується до 310^-4 ÷ 410^-4 мм. Таку структуру називають сорбітом (С). При температурах 550÷ 580° С, міжпластинчаста відстань зменшується до 110^-4 ÷ 210^-4 мм, а структуру називають трооститом (Т).

Зі збільшенням дисперсності структур перлітного типу зростає міцність і твердість сталі. Евтектоідна сталь з П структурою має НВ = 180 ÷ 200 кгс/мм², із структурою сорбіта НВ = 250 ÷ 350 кгс/мм², з структурою троостіта НВ = 400 ÷

450 кгс/мм². Твердість δ_в і δ_т сталі змінюються майже по лінійному закону зі зміною температури перетворення. Пластичність сталі і а_н змінюється, але по більш складному закону; ці властивості зі зниженням температури перетворення спочатку поліпшуються, а потім починають погіршуватися. Кращу пластичність

і в'язкість має

структура сорбіту. В інтервалі температур

проміжного перетворення (550°С-М_Н) А розпадається з утворенням структур, названих бейнітом (Б). Бейніт являє собою двохфазну суміш кристалів Ф і Ц.

Мал. 29

Особливість проміжного перетворення полягає в тому, що поліморфний перехід відбувається по мартенситному механізму. Б, що утворився при Т=550°С називають верхнім, він має пір'ясту будову. Б, що утворився при більш низьких температурах, називають нижнім, він має голчасту будову. Характерно, що проміжне перетворення не доходить до кінця, частина А залишається не перетвореною. Повнота перетворення спадає з підвищенням температури перетворення. Не перетворений А при охолодженні або зберігається, або перетворюється в мартенсит. Верхній Б має несприятливе сполучення механічних властивостей: понижена міцність через збереження А, що не розпався поєднується з дуже низькими пластичністю і в'язкістю. Високою міцністю і досить високими пластичністю і в'язкістю володіє нижній бейніт, отриманий при температурі на 50÷100°С вище мартенситної точки. На діаграмах ізотермічного перетворення дотектоідних і заевтектоідних сталей є додаткова лінія, що показує час виділення з А надлишкових кристалів Ф чи Ц - відповідно. Виділення надлишкових структур складових у сталях неевтектоідного складу відбувається тільки при невеликих ступенях переохолодження. При значних переохолодженнях аустеніт перетворюється без попереднього виділення надлишкових складових.

У цьому випадку вміст вуглецю в Ф-Ц суміші, що утворилася, буде відрізнятися від евтектоідного.

2. Мартенситне перетворення сталі

Сталь, нагріта до аустенітного стану, може бути охолоджена з різною швидкістю. Якщо накласти криві охолодження зразків сталі на діаграму ізотермічного перетворення переохолодженого аустеніту, то можна одержати якісне уявлення про вплив швидкості охолодження на температуру перетворення А.

Дата добавления: 2014-01-07