Изменение мартенситно-аустенитной структуры стали при отпуске

При отпуске происходит несколько процессов. Основной – распад мартенсита, состоящий в выделении углерода в виде карбидов. Кроме того, распадается остаточный аустенит, совершаются карбидное превращение и коагуляция карбидов, уменьшаются несовершенства кристаллического строения α-твердого раствора и остаточные напряжения.

Фазовые превращения при отпуске принято разделять на три превращения в зависимости от изменения удельного объема стали. Распад мартенсита и карбидное превращение вызывают уменьшение объема, а распад аустенита – его увеличение.

На рис. 7.21 схематично показано изменение длины закаленного образца углеродистой стали при отпуске, в которой было значительное количество остаточного аустенита. В сталях, не содержащих легирующих элементов, первое превращение происходит в интервале температур 80 – 200 , второе – при 200 – 260 , третье – при 260 – 380  (см. рис. 6.31, IIII).

Первое превращение. Из мартенсита выделяется часть углерода в виде метастабильного -карбида, имеющего гексагональную решетку и химический состав, близкий к Fe2C. Дисперсные кристаллы ε-карбида когерентны с решеткой мартенсита. Обеднение твердого раствора углеродом происходит неравномерно: наряду с участками мартенсита, обедненного углеродом (вблизи карбидов), сохраняются участки с исходным содержанием углерода. Первое превращение идет с очень малой скоростью и без нагрева. Уменьшение количества растворенного углерода снижает тетрагональность мартенсита – длина образца уменьшается.

Содержание углерода в мартенсите в интервале температур первого превращения зависит от исходного количества углерода (рис. 7.22), тогда как при более высоком нагреве оно определяется лишь температурой.

Второе превращение. Одновременно происходит несколько процессов: продолжается распад мартенсита, распадается остаточный аустенит и начинается карбидное превращение. Распад мартенсита распространяется на весь объем, концентрационная неоднородность твердого раствора исчезает; в мартенсите остается около 0,2% растворенного углерода. Распад остаточного аустенита происходит по механизму бейнитной реакции: образуется смесь кристаллов низкоуглеродистого мартенсита и дисперсных карбидов. При температурах около 250 начинается превращение -карбида в цементит; при этом когерентность решеток твердого раствора и карбида нарушается.

Если в закаленной стали было много остаточного аустенита, то уменьшение плотности при распаде будет большим, чем ее увеличение, вследствие выделения углерода из мартенсита. В этом случае (см. рис. 7.21) длина закаленного образца возрастает.

Третье превращение. Завершаются распад мартенсита и карбидное превращение. Из мартенсита выделяется весь пересыщающий углерод в виде карбидов, тетрагональность решетки α-твердого раствора устраняется – мартенсит переходит в феррит. После отпуска при 380 – 400 в структуре стали обнаруживается только карбид цементитного типа. Оба указанные процессы вызывают увеличение плотности стали – длина образца уменьшается (см. рис. 7.21).

Ферритно-карбидная смесь, образовавшаяся в конце третьего превращения, весьма дисперсна и имеет примерно такую же твердость, как троостит (ее называют трооститом отпуска). Структуру стали, образовавшуюся при температурах первого и второго превращений, называют отпущенным мартенситом.

При более высоких нагревах в углеродистых сталях происходят изменения структуры, не связанные с фазовыми превращениями: изменяются форма, размер карбидов и структура феррита.

В интервале температур третьего превращения цементит имеет форму тонких пластин. С повышением температуры происходит коагуляция: кристаллы цементита укрупняются (более мелкие кристаллы распадаются, а более крупные растут); при этом форма кристаллов постепенно приближается к сфероидальной. Коагуляция и сфероидизация карбидов происходят с заметной скоростью, начиная с температур 350 – 400 . Скорость этих процессов увеличивается при повышении температуры.

Изменения структуры феррита обнаруживаются начиная с температуры около 400 : уменьшается плотность дислокаций, которая очень велика в мартенсите до отпуска; постепенно устраняются границы между пластинчатыми кристаллами феррита, в результате чего зерна феррита укрупняются и их форма приближается к равновесной. Таким образом, с повышением температуры отпуска постепенно снимается фазовый наклеп, возникший при мартенситном превращении.

Ферритно-карбидную смесь, которая образуется после отпуска при 450 – 650 , называют сорбитом отпуска. После отпуска при температуре, близкой к температуре А1, образуется грубая ферритно-карбидная смесь – зернистый перлит.

 

Дата: 2019-02-18, просмотров: 1035.