Превращения при нагреве до аустенитного состояния

В зависимости от условий нагрева можно получить зерно аустенита различного размера. Продукты превращения мелкозернистого аустенита имеют более высокие пластичность и вязкость, чем крупнозернистого.

Зарождение кристаллов при распаде аустенита происходит преимущественно на границе зерен, поэтому чем меньше зерно аустенита, тем больше будет возникать зародышей и тем мельче будут новые зерна.

В доэвтектоидных сталях исходной равновесной структурой будут феррит и перлит.

При достижении температуры А_с1 (рис.9.3.1.1) в сталях начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы образуются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом. Одновременно идет превращение α→γ и растворение в Fe_γ углерода цементита. При этом происходит измельчение зерна стали. В каждой перлитной колонии зарождается несколько зерен аустенита.

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сплавах после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточные структурные составляющие – феррит и цементит, соответственно.

Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области ведет к укрупнению зерен аустенита – происходит процесс собирательной рекристаллизации.

Скорость роста аустенитных зерен при перегреве выше температуры А_С3 или А_Сст неодинакова у разных сталей. Она зависит от наличия легирующих элементов и от способа раскисления (удаления кислорода).

В зависимости от скорости роста аустенитных зерен различают стали природно-крупнозернистые и природно-мелкозернистые. Природно-мелкозернистые стали раскислялись алюминием, либо содержат карбидообразующие элементы (Ti, V). Природно- крупнозернистые раскислялись ферросицилием и ферромарганцем.

Стали, имеющие грубую крупнозернистую структуру, вследствие высокотемпературных нагревов, называются перегретыми. Перегрев исправляют повторной аустенизацией с нагревом до более низкой температуры.

Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения

Фазовые превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния показаны на рис.9.3.2.1.

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

Процессы распада переохлажденного аустенита подразделяют на перлитное, промежуточное и мартенситное превращения. Первые два являются диффузионными, третий – бездиффузионный процесс.

Перлитное превращение аустенита

Рассмотрим перлитное превращение на примере эвтектоидной стали (рис.9.3.2.1.1). Изотермический распад аустенита этой стали происходит в интервале температур от А_r1 до M_н (720-250^оС). M_н – температура начала мартенситного превращения. А_r1 – температура точки А₁ при охлаждении. Мартенситного превращения эвтектоидной стали при постоянной температуре ниже точки M_н не происходит. Левее линии 1 – существует переохлажденный аустенит. Между точками 1 и 2 - область, в которой происходит превращение. Правее линии 2 – область, в которой существуют продукты превращения аустенита.

Устойчивость аустенита зависит от степени переохлаждения. Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температуре около 550^оС. Для эвтектоидной стали время устойчивости аустенита - ≈1с. При увеличении или уменьшении температуры, устойчивость аустенита возрастает. При 700^оС она равна ≈10с, при 300^оС – около 60 с.

Превращение аустенита в интервале температур А_r1-550^оС называется перлитным, а при температуре 550^оС-М_н – промежуточным.

В интервале температур перлитного превращения в результате распада аустенита образуются пластинчатые структуры перлитного типа (из кристаллов феррита и цементита). Строение перлитной структуры зависит от температуры превращения. С увеличением степени переохлаждения снижается размер кристаллов, т.е. возрастает дисперсность перлитно-цементитной смеси. Если превращение происходит при температуре, большей 650-670^оС, образуется сравнительно грубая смесь кристаллов феррита и цементита с межпластиночным расстоянием (5-7)*10^{-7 м. Такую смесь называют собственно перлитом. Превращение при 640-590о}С дает межпластиночное расстояние (3-4)*10^{-7 м, такую смесь называют сорбитом. При температуре превращения 580-550о}С межпластиночное расстояние снижается до (1-2)*10^{-7 м, такую структуру называют трооститом.}

При перлитном превращении полиморфный переход γ→α сопровождается перераспределением углерода на расстояния, значительно больше межатомных, т.к. среднее содержание углерода в твердом растворе до превращения меньше, чем в цементите (6,69% С).

Несмотря на то, что с понижением температуры подвижность атомов железа и углерода снижается, скорость перлитного превращения возрастает до 550^оС. Это объясняется тем, что с увеличением степени переохлаждения быстро растет число центров кристаллизации и, следовательно, расстояния, на которые должны переместиться атомы.

Мартенситное превращение аустенита

В подавляющем большинстве сталей мартенситное превращение в изотермических условиях не развивается. Поэтому на предыдущем рисунке область мартенситного превращения (ниже линии М_н) показана условно.

Мартенситное превращение интенсивно протекает в интервале температур от М_н до М_к при интенсивном охлаждении. Малейшая изотермическая выдержка приводит к стабилизации аустенита и превращение не доходит до конца.

Итак, при охлаждении стали со скоростью, большей v _крит (критическая скорость закалки, определяется экспериментально) будет образовываться мартенсит – неравновесная фаза – пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe_α (рис.9.3.2.2.1). Кристаллы растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (≈5000 м/с). Их росту препятствует граница зерен аустенита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита.

Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающие межатомные.

Для мартенситного превращения характерно, что растущие кристаллы мартенсита когерентно связаны с кристаллами исходной фазы.

Когерентными считаются два кристалла, если они соприкасаются по такой поверхности раздела, которая является общей для их кристаллических решеток.

В процессе мартенситного γ→α превращения углерод остается в твердом растворе, искажая кристаллическую решетку Fe_α т.к. растворимость его в Fe_α значительно меньше, чем в Fe_γ.

Свойства мартенсита сталей зависят от количества растворенного в нем углерода. Мартенсит имеет очень высокую твердость ≥60HRC, при содержании углерода >0,4%. С увеличением количества углерода возрастает хрупкость мартенсита. Мартенситное превращение сопровождается увеличением объема.

Если температура М_к>20-25^оС, небольшое количество остаточного аустенита остается в стали.

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Конфликты в семейной жизни. Как это изменить? Редкий брак и взаимоотношения существуют без конфликтов и напряженности. Через это проходят все...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: