Фазовые и структурные превращения при термической обработке стали

Основой для рассмотрения видов термической обра­ботки стали является часть диаграммы железо — угле­род, соответствующая содержанию углерода до 2,14 % и расположенная ниже линии солидус (см. рис. 14). Для этой части диаграммы характерны следующие структу­ры, переход которых из одной в другую характеризует основные превращения.

Аустенит — твердый раствор углерода в g-железе;

Перлит — эвтектоидная смесь феррита и цементита.

Мартенсит — пересыщенный твердый раствор угле­рода в a-железе.

При термической обработке стали различают четыре основные превращения:

—превращение при нагреве перлита в аустенит;

—превращение при охлаждении аустенита в перлит;

—превращение при охлаждении аустенита в мартенсит;

—превращение мартенсита в перлитные структуры.

Превращение перлита в аустенит происходит при тем­пературе 727°С (линия PSK), что соответствует очень медленному нагреву. В реальных условиях превращение происходит при нагреве и в интервале температур. От степени перегрева зависит скорость превращения. Чем выше температура, тем быстрее идет превращение. Пос­ле полного превращения перлита в аустенит размер зе­рен в стали значительно уменьшается. При дальнейшем нагреве зерна растут, причем разные стали характеризу­ются различной склонностью к росту зерна. Одни на­чинают быстро увеличивать размер зерен даже при не­большом перегреве, другие остаются практически без изменений и начинают увеличивать зерна при достаточ­но высоких температурах.

От склонности к росту зерна зависит технологиче­ский процесс горячей деформации и термообработки. Чем меньше склонность к росту зерна, тем больше ин­тервал закалочных температур стали; ее прокатка и ков­ка могут завершаться при более высоких температурах.

Превращение аустенита в перлит при охлаждении. Пре­вращение происходит при переохлаждении аустенита ниже 727°С при непрерывном охлаждении или при вы­держке при постоянной температуре (изотермическое превращение аустенита). Образующиеся фазы (феррит и цементит) существенно отличаются по составу от ис­ходной фазы (аустенит). Поэтому превращение сопро­вождается перераспределением углерода за счет диффу­зии, т. е. носит диффузионный характер.

Конечная структура данной марки стали зависит от температуры, при которой происходит превращение аус­тенита. При температуре 650—700°С образуется перлит. Перлит представляет собой чередующиеся пластинки цементита и феррита. При увеличении переохлаждения растет число чередующихся пластин феррита и цемен­тита, их размеры и расстояния между ними уменьшают­ся. То есть с понижением температуры растет дисперс­ность продуктов превращения аустенита. Под степенью дисперсности понимают расстояние между соседними пластинками феррита и цементита. При температуре 600—650°С образуется сорбит, а при 550—600°С — троостит. Перлит, сорбит, троостит (перлитные структуры) — механические смеси феррита и цементита, которые отли­чаются друг от друга только степенью дисперсности. С уве­личением степени дисперсности растут твердость и прочность стали. Наибольшую пластичность имеют ста­ли с сорбитной структурой. Троостит характеризуется меньшей пластичностью.

Превращение аустенита в мартенсит. При больших сте­пенях переохлаждения неустойчивость аустенита возраcтает, а скорость

диффузии углерода резко падает. При переохлаждении аустенита в эвтектоидной стали до 240°С подвижность атомов углерода близка к нулю. При этом меняется тип решетки g ® a, а весь углерод, ранее растворенный в решетке аустенита, остается в решетке феррита.

·

Образуется мартенсит — перенасыщенный твердый раствор внедрения углерода в a-железе. Из-за перена­сыщенности углеродом решетка мартенсита сильно ис­кажена и вместо кубической приобретает тетрагональ­ную форму (рис. 16). При переходе от аустенитной к мартенситной структуре объем и размеры деталей уве­личиваются.

O-Fe · - С

Рис. 16. Тетрагональная кристаллическая ячейка мартенсита

Мартенситное превращение идет в интервале температур при непрерывном охлаждении. Для эвтектоидной стали оно начинается при 240° и заканчивается при — 50°С.

Мартенсит имеет высокую твердость и хрупкость.

Дата добавления: 2014-01-07