Распад аустенита при охлаждении. Кривые изотермического превращения углеродистой стали

Рис. 14.1. Кинетические кривые превращения аустенита при охлаждении (а); диаграмма изотермического превращения аустенита (б)

Температура:

727º - критическая температура для стали У8, сталь находится в А состоянии

250º - Мн - начало мартенситного превращения

50º - Мк - конец мартенситного превращения

1 и 2- S-образные кривые - в интервале между ними происходят начало превращения аустенита в феррито-цементитную смесь.

За 2 S-образной кривой продукты превращения феррито-цементитной смеси - перлит, сорбит, троостит.

Минимальная скорость охлаждения Vк, при которой весь аустенит переохлаждается до температуры т .М_н и превращается, называется критической скоростью закалки.

V_кр - критическая скорость-касательная к 1 S - образной кривой - получается структура мартенсит.

В зависимости от охлаждения аустенита получается набор структур и превращения можно разбить на 3 группы:

1 группа - диффузное превращение

2 группа - промежуточное превращение

3 группа - бездиффузное превращение (Мн-Мк)

I. Диффузное превращение

Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходит процесс его распада.

Толщина соседних пластинок феррита и цементита определяет дисперсность структуры и обозначается . Она зависит от температуры превращения. В зависимости от дисперсности продукты распада имеют различное название.

Рис. Схема феррито-цементитных структур:

а) перлит; б) сорбит; в) троостит

1. При Vохл. 5º в минуту А→П

Образуется при переохлаждении до температуры Т = 650…700 ^oС, или при скорости охлаждения V_охл = 30…60 ^oС/ч.

Твердость составляет 180…250 НВ или 15 HRC

мм – перлит.

2. При Vохл. 15º в минуту А→С (сорбит)

Образуется при переохлаждении до температуры Т = 600…650 ^oС, или при скорости охлаждения V_охл = 60 ^oС/с.

Твердость составляет 250…350 НВ или 25 HRC

мм – сорбит

Структура характеризуется высоким пределом упругости, достаточной вязкостью и прочностью.

3. При Vохл. 25º в минуту А→Т (троостит)

Образуется при переохлаждении до температуры Т = 550…600 ^oС, или при скорости охлаждения V_охл = 150 ^oС/с..

Твердость составляет 350…450 НВ 45 НRC

мм – троостит

Структура характеризуется высоким пределом упругости, малой вязкостью и лпастичностью.

III. Бездиффузное превращение. Превращение аустенита в мартенсит при высоких скоростях охлаждения

Данное превращение имеет место при высоких скоростях охлаждения, когда диффузионные процессы подавляются. Сопровождается полиморфным превращением в

При охлаждении стали со скоростью, большей критической (V > Vк), превращение начинается при температуре начала мартенситного превращения (М_н) и заканчивается при температуре окончания мартенситного превращения (М_к). В результате такого превращения аустенита образуется продукт закалки – мартенсит.

Так как процесс диффузии не происходит, то весь углерод аустенита остается в решетке и располагается либо в центрах тетраэдров, либо в середине длинных ребер.

Мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в .

При образовании мартенсита кубическая решетка сильно искажается, превращаясь в тетрагональную (рис. 14.2 а). Искажение решетки характеризуется степенью тетрагональности: с/а > 1. Степень тетрагональности прямопролорциональна содержанию углерода в стали (рис. 13.1 б).

Рис. 14.2. Кристаллическая решетка мартенсита (а); влияние содержания углерода на параметры а и с решетки мартенсита (б)

Мартенситное превращение сопровождается:

1. искажениями кристаллической решетки,

2. увеличивается плотность дислокаций (линейных дефектов),

3. происходит увеличение объема,

4. структура становится неустойчивой,

5. увеличиваются напряжения и твердость от 60 до 62 НRC

6. Мартенсит имеет игольчатую форму.

Рис. 14.3. Ориентированность кристаллов мартенсита

II. Промежуточное превращение

При данном превращении получается механическая смесь Ф и Ц – бейнит, но переход из аустенита осуществляется по мартенситному типу. А→Б

Особенностью бейнита является повышенное содержание углерода в феррите (0.1…0.2 %).

Дисперсность кристаллов феррита и цементита зависят от температуры превращения.

При температуре мм – верхний бейнит. Структура характеризуется недостаточной прочностью, при низких относительном удлинении () и ударной вязкости ().

При температуре 300^oС – – нижний бейнит. Структура характеризуется высокой прочностью в сочетании с пластичностью и вязкостью.

Т.к. степень тетрагональности (искажения решетки) мартенсита определяется количеством углерода, то закаливать сталь, у которой С<0.30% нецелесообразно.

Для стали у которой С>0.60% после закалки в структуре остается небольшое количество аустенита остаточного А_ост ≈ 2..3%.

Закаливаемость – способность стали приобретать высокую твердость при закалке.

Закаливаемость определяется содержанием углерода. Стали с содержанием углерода менее 0,20 % не закаливаются.

Прокаливаемость – способность получать закаленный слой с мартенситной и троосто-мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью, на определенную глубину.

Виды закалок: полная и неполная. Способы закалок

Конструкционные стали подвергают закалке и отпуску для повышения прочности и твердости, получения высокой пластичности, вязкости и высокой износостойкости, а инструментальные – для повышения твердости и износостойкости.

Важнейшие параметры процесса закалки:

1. температура и скорость нагрева,

2 - время выдержки,

3. и скорость охлаждения (один из основных факторов).

По температуре нагрева различают виды закалки:

– полная, с температурой нагрева на 30…50^oС выше критической температуры А₃

.

Дата добавления: 2015-05-06