Превращения при охлаждении

Влияние степени переохлаждения (скорости охлаждения) на устойчивость аустенита и скорость превращения представляют графически в виде диаграмм, которые строят на основе экспериментальных данных.

Диаграмма изотермического распада аустенита эвтектоидной стали

V1  v2  v3  v4  vкр  v5

Линия 1– время начала превращения

Линия 2– время конца превращения переохлажденного аустенита

Между линиями 1 и 2 находится область, в которой происходит превращение

Левее линии 1 – существует переохлажденный аустенит

Правее линии 2 – продукты превращения аустенита

Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550С (время устойчивости1 сек)

Линия М_Н– начало мартенситного превращения

Линия М_К– конец мартенситного превращения

Положение точек М_НиМ_К, определяется химическим составом аустенита (чем больше в нем углерода и легирующих элементов, тем ниже температуры точекМ_НиМ_К).

Процессы распада переохлажденного аустенита подразделяют на два типа:

1. Диффузионные – перлитное (скорости охлаждения v₁–v₃) и промежуточное бейнитное (скорость охлажденияv₄);

2. Бездиффузионное – мартенситное (скорости охлаждения v_криv₅)

Перлитное превращение

Перлитное превращение переохлажденного аустенита имеет кристаллизационный характер, а по механизму является диффузионным. Образование зародышей цементита происходит на границах зерен аустенита, и при этом аустенит, прилегающий к зародышам, обедняется углеродом, что приводит к образованию зародышей феррита. Рост кристаллов феррита и цементита идет совместно, и образуется перлитная колония пластинчатого вида. Перлитные колонии при этом растут во все стороны.

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.

Ф – Ц смесь	Т превр., С	Твердость, НВ	Межпластиночное Расстояние , мкм
Перлит	700	180-250	0,6-1,0
Сорбит	600С	250-350	0,25-0,3
Троостит	500С	350-450	0,1-0,15

Дисперсность перлитных структур принято оценивать межпластиночным расстоянием, за которое принимают среднюю суммарную толщину соседних пластинок феррита (Ф) и цементита (Ц).

Можно охладить аустенит столь быстро, что он весь переохладится до температуры начала мартенситного превращения, не успев превратиться в перлит. Скорость такого охлаждения носит название критической скорости закалки.

Критическая скорость закалкиV_кр– это минимальная скорость, при которой аустенит превращается только в мартенсит при температуреМ_Ни ниже.

Мартенситное превращение

На схеме диаграммы изотермического превращения условно показана область мартенситного превращения (ниже М_Н). Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур отМ_НдоМ_К. Малейшая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводит к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный аустенит.

При охлаждении стали со скоростью, большей v_кр, будет образовываться мартенсит (в честь немецкого ученого А. Мартенса, 1850-1914 г.г.).

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в -железе. Углерод в свободном виде не выделяется, а внедряется в ОЦК-решетку-железа, преобразуя ее в тетрагональную, характеризуемую показателемс/а1. Чем больше содержание углерода, тем выше показательс/а – степень тетрагональности.

	при скорости охлаждения vохл vкр →
аустенит (ГЦК)		мартенсит (ОЦТ)

ОЦТ – объёмно центрированная тетрагональная решетка

Превращение имеет как бы сдвиговой характер. Сдвиговой механизм превращения отличается закономерным кооперативным направленным смещением атомов в процессе перестройки решетки. Отдельные атомы смещаются друг относительно друга на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство

Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (5000 м/сек). Мартенситное превращение характеризуется ориентированностью (пластины либо параллельны, либо расположены под углом 60⁰или 120одна к другой). Росту кристаллов мартенсита препятствует граница зерна аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита.

Превращение заканчивается при температуре М_К. При этом в стали остается некоторое количество аустенита (А_ост), которое, как и положение точекМ_НиМ_К, определяется химическим составом аустенита (чем больше в нем углерода и легирующих элементов, тем ниже температуры точекМ_НиМ_К).

Аустенит может оставаться в структуре также тогда, когда в углеродистой стали содержится больше 0,6 % С и охлаждение ведут только до 0С.

Количество образовавшегося мартенсита можно представить так называемой мартенситной кривой.

Главные особенности мартенсита – высокая твердость и прочность. Причина его высокой прочности – большая плотность дефектов, возникающих при внедрении углерода в решетку -железа. Мартенсит по сравнению с другими составляющими стали имеет наибольший удельный объем, поэтому при его образовании возникают напряжения.