Превращения в закаленной стали при нагреве (IV превращение)

Бейнитное превращение

Бейнитное промежуточное превращение идет в интервале температур 550 – М_н. Образующаяся структура представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита к цементита. Основная особенность промежуточного превращения состоит в том, что полиморфный переход Fe_γ→ Fe_α происходит по мартенситному механизму – бездиффузионно, а образование цементита (Fe₃С) – идет диффузионным путем.

Превращение начинается в интервале температур 550 – М_н с перераспределения углерода в аустените. Диффузионное перераспределение приводит к обеднению одних и обогащению других зон (скорость диффузии углерода в интервале 550 - М_н достаточна, а скорость диффузии железа стремится к нулю).

Уменьшение количества растворенного углерода приводит к повышению температуры мартенситного превращения, поэтому в обедненных углеродом зонах γ - твердого раствора происходит мартенситное превращение.

Образование концентрационной неоднородности приводит к возникновению напряжения, и процесс полиморфного превращения носит сдвиговый характер. Кристаллы феррита (Fe_α) пересыщены углеродом до 0,1-0,2 % получают тетрагональную решетку. При этом структура верхнего бейнита получается перистой, а нижнего - игольчатой.

Нагрев (отпуск) закаленной стали со структурой, состоящей из мартенсита и остаточного аустенита, приводит к превращениям, которые при некотором упрощении можно разделить на четыре типа. Каждый из типов превращений протекает с наибольшей интенсивностью в определенном температурном интервале.

Первое превращение в углеродистой стали происходит при нагреве до . Оно заключается в выделении углерода из a-твердого раствора (мартенсита) и уменьшении, вследствие этого его тетрагональности. Углерод выделяется в виде тонких пластинок карбида , когерентно связанных с кристаллической решеткой мартенсита (т.е. не обособленных от мартенсита). При температуре в a-твердом растворе сохраняется 0,2-0,3%. Структура стали при таком нагреве остается мартенситной, остаточный аустенит в структуре сохраняется.

Второе превращение охватывает температуры При нагреве в этом температурном интервале продолжается распад аустенита до 0,2%С. Карбидные пластинки, когерентно связанные с решеткой мартенсита, обособляются и начинается их превращение в карбид -цементит.Образование карбида железа по схеме:

Fe_xС→ Fe₂С→ Fe₅С→ Fe₃С

Одновременно в этом интервале происходит распад остаточного аустенита на смесь, состоящую из малоуглеродистого мартенсита и мелкодисперсных карбидов . Процесс сопровождается увеличением объема (рис. 14);

Структура стали, подвергнутая после закалки нагреву (отпуску) на , называется мартенситом отпуска. (рис.15) Мартенсит отпуска отличается от мартенсита закалки содержанием растворенного углерода и имеет повышенную травимость.

Третье превращение происходит при нагреве в интервале . На этом этапе завершается распад мартенсита – из него выделяется весь углерод, тетрагональный мартенсит переходит в кубический и становится ферритом. Полученная ферритно-цементитная смесь имеет пластинчатое строение большей степени дисперсности и по свойствам соответствует трооститу. Поэтому структура закаленной стали, подвергнутой отпуску при температуре , называется трооститом отпуска.

Четвертое превращение при отпуске происходит при дальнейшем нагреве. В интервале происходит сфероидизация (коагуляция) карбидных частиц . Если ранее цементит имел пластинчатую форму, то начиная с 500 °С он начинает приобретать зернистое строение. Скорость этого процесса с повышением температуры нагрева увеличивается. Форма ферритных зерен также становится равноосной, феррито-цементитная смесь зернистого строения, образующаяся после закалки и отпуска при температурах 500-600 °С называется сорбитом отпуска.

Таким образом, в зависимости от температуры отпуска закаленной стали, в ней можно получить структуры: мартенсит, троостит и сорбит. Мартенсит обладает наибольшей твердостью и прочностью. Наибольшей упругостью обладает троостит, наибольшей ударной вязкостью – сорбит. У сорбита наилучшее сочетание прочностных и пластических свойств. Подбирая температуру отпуска, можно получить соответствующую структуру стали и требуемые свойства.

Рис. 14. Дилатометрическая кривая отпуска закаленной стали

Рисунок 15 - Схема процессов, совершающихся при отпуске: 1 – выделение углерода из тетрагонального мартенсита; 2 – распад остаточного аустенита; 3 – снятие внутренних напряжений; 4 – коагуляция карбидных частиц

Дата добавления: 2015-06-27