Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения

Выше рассматривались фазовые превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния.

Увеличивая скорость охлаждения стали и вводя в нее легирующие элементы, можно значительно повысить степень переохлаждения аустенита, т.е. понизить температуру его превращения. От степени переохлаждения аустенита зависят механизм и кинетика превращения, и, соответственно, структура и свойства продуктов превращения.

В технологических процессах термической обработки распад аустенита происходит в условиях непрерывного охлаждения и иногда изотермически (при постоянной температуре).

Процессы распада переохлажденного аустенита подразделяют на два типа: перлитное и промежуточное, или бейнитное [2](диффузионные); мартенситное[3].

Кинетику диффузионных превращений удобнее изучать в изотермических условиях.

Перлитное превращение

Влияние степени переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость превращения представляют графически в виде диаграмм. Эти диаграммы строят в координатах температура превращения – время; обычно время откладывают на логарифмической шкале (Рис. 7.2).

Диаграммы строят на основе экспериментальных данных. Образцы сталей, нагретые до аустенитного состояния, быстро переносят в ванну с жидкой средой, имеющей температуру ниже равновесной температуры превращения, и выдерживают до завершения превращения. При этом фиксируют изменение какого-либо свойства, чтобы определить время начала и конца превращения. При температурах, меньших точки Кюри, следят за изменением магнитных свойств стали, так как они изменяются наиболее резко (аустенит парамагнитен, а продукты превращения аустенита ферромагнитны).

Основные закономерности перлитного превращения рассмотрим на примере эвтектоидной стали. Изотермический распад аустенита этой стали происходит в интервале температур от А r 1 (720ºС) до M н  (250ºС), где M н – температура начала мартенситного превращения. Мартенситное превращение в эвтектоидной стали при постоянной температуре ниже точки M н не происходит.

На диаграмме (см. рис. 7.2) нанесены С-образные кривые, указывающие время начала и конца превращения переохлажденного аустенита. В области диаграммы, расположенной левее линии 1, существует переохлажденный аустенит; между линиями 1 и 2 находится область, в которой происходит превращение; правее линии 2 лежит область, в которой существуют продукты превращения аустенита. Устойчивость аустенита зависит от степени переохлаждения. Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550ºС. Для эвтектоидной стали время устойчивости аустенита при 550 –- 560ºС составляет около 1 с. При повышении или понижении температуры относительно 550ºС устойчивость аустенита возрастает. Так, при 700ºС это время составляет около 10 с, а при 300ºС – около 60 с.

Превращения аустенита при температурах в интервале А r 1 – 550ºС называют перлитным, а превращение при температурах в интервале 550 – M н – промежуточным.

В интервале температур перлитного превращения в результате распада аустенита образуются пластинчатые структуры перлитного типа, т.е. структуры, образованные из кристаллов феррита и цементита. Перлитное превращение (рис. 7.3, а) вначале протекает медленно, затем скорость его увеличивается до постоянной величины; в конце превращения скорость постепенно убывает.

Строение перлитной структуры зависит от температуры превращения. С увеличением степени переохлаждения, в соответствии с общими законами кристаллизации, уменьшается размер образующихся кристаллов, т.е. возрастает дисперсность феррито-цементитной смеси.

Дисперсность перлитных структур принято оценивать межпластиночным расстоянием, за которое принимают среднюю суммарную толщину соседних пластинок феррита (Ф) и цементита (Ц) (рис 7.4). если превращение происходит при температурах более высоких, чем 650 – 670ºС, образуется сравнительно грубая смесь кристаллов феррита и цементита с межпластиночным расстоянием (5…7)∙10-7 м; такую смесь называют собственно перлитом. Превращение при 640 – 590ºС дает межпластиночное расстояние (3…4)∙10-7 м; такую перлитную структуру называют сорбитом. При температуре превращения 580 – 550ºС межпластиночное расстояние уменьшается до (1…2) 10-7 м; такую структуру называют трооститом.

Указанное деление перлитных структур условно, так как дисперсность смесей монотонно увеличивается с понижением температуры превращения.

Центры кристаллизации перлитных колоний возникают преимущественно на границах зерен аустенита; при этом перлитные колонии растут во все стороны.

При перлитном превращении полиморфный переход γ  сопровождается перераспределением углерода. Для образования цементита, содержащего 6,69% С, необходимо перемещение атомов углерода на расстояния, значительно большие межатомных расстояний, так как среднее содержание углерода в твердом растворе до превращения гораздо меньше, чем в цементите.

Несмотря на то, что подвижность атомов железа и углерода с понижением температуры от точки А r 1 уменьшается, скорость перлитного превращения возрастает, вплоть до 550ºС. Это объясняется тем, что с увеличением степени переохлаждения, быстро, возрастает число центров кристаллизации и соответственно уменьшаются расстояния, на которые должны переместиться атомы в процессе превращения.

С увеличением дисперсности структур перлитного типа возрастают прочность, и твердость стали; лучшую пластичность и вязкость имеет структура сорбита.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 677.