Фазы: - феррит Feα(C);
- аустенит Feγ(C);
- цементит Fe3C.
Структура: П[Ф+Ц]
Обозначение критических точек
Линии | Превращение | Критическая точка | Нагрев/охлаждение |
PSK | А‹―›П | А1 | АС1/Аr1 |
GS | А‹―›Ф+А | А3 | АС3/Аr3 |
SE | А‹―›А+Ц | Аст | АСст/Аrст |
- Превращения при нагреве
- до эвтектики Ф+П ―› А;
- эвтектика П ―› А;
- за эвтектикой П+Ц ―› А;
Рассмотрим эвтектоидную сталь, С 0.8%, П[Ф+Ц]―›А
Решетка: ГЦК(0.8)/ОЦК(0.02)/ромбоэдрич.(6.69) соответственно.
Превращение при нагреве П―›А вызывает изменение кристаллической решетки, из 2-х фаз образуется одна, возникает перераспределение углерода – превращение диффузионное.
Микроструктура:
Превращение при нагреве доэвтектоидной стали пойдет в 2 стадии:
1) П ―› А0.8;
2) А0.8 + Ф0.8 ―› Ах1.
Превращение при нагреве заэвтектоидной стали состава х2 идет также в 2 этапа:
1) П ―› А0.8;
2) А0.8 + Ц ―› Ах2.
Итог: превращения при нагреве любой стали завершается образованием аустенита, является диффузионным и сопровождается измельчением зерна.
|
|
(1) – природнокрупнозернистые стали;
(2) – природномелкозернистые стали (в сталь введены специальные добавки, которые тормозят рост зерна.
- Превращения аустенита при охлаждении
2.1. Перлитное превращение
Наблюдается в условиях медленного охлаждения или в условиях изотермической выдержки.
Рассмотрим сталь с содержанием С 0.8%, П[Ф+Ц]―›А. Решетка: ГЦК(0.8)/ОЦК(0.02)/ромбоэдрич.(6.69) соответственно.
При перлитном превращении фаза превращается в две новые, при этом изменяется тип кристаллической решетки и перераспределяется углерод.
Особенности:
1) превращение диффузионное.
Микроструктура:
Выдержка при: | Структура |
650 ± 20˚С | Перлит |
600 ± 20˚С | Сорбит |
550 ± 20˚С | Тростит |
Ниже 550˚С перлитное превращение не протекает из-за замедления диффузии углерода.
2) пластинчатая, перлитообразная структура.
НВ, МПа | Структура |
Перлит | |
Сорбит | |
Тростит |
Твердость зависит от дисперсности смеси.
!!! 3) перлитное превращение начинается не сразу и протекает постепенно во времени.
(1) – линия начала превращения;
(2) – линия конца превращения;
С–образная диаграмма превращения аустенита – диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита.
2.2. Мартенситное превращение
При превращении получается мартенсит. Протекает в условиях быстрого превращения – нет времени на диффузию!
А (ГЦК, Feγ(C)) ―›М (ОЦК, Feα(C)).
При мартенситном превращении из одной исходной фазы получается одна новая. При этом меняется тип решетки, но не происходит перераспределения углерода – бездиффузионное превращение.
|
|
Мартенситное превращение – бездиффузионная перестройка решетки, при которой каждый атом смещается на расстояние многим меньшее межатомного и сохраняет своих соседей.
Кристалл мартенсита растет путем направленного смещения группы атомов плоскости хорошего сопряжения решетки, см. рис. 77.
При этом:
- 1-й атом смещается на расстояние, меньшее межатомного;
- i-й атом смещается на целое межатомное расстояние и рост данного кристалла прекращается.
Особенности строения мартенсита:
Мартенсит всегда состоит из особо мелких кристаллов
(1) – пластинок (пластинчатый мартенсит);
(2) – иголок (игольчатый)
Мартенсит всегда содержит столько же углерода, сколько было в аустените – он всегда сильно пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в железо α.
Углерод находится на параллельных ребрах ячейки:
Мартенсит всегда содержит огромное количество дефектов:
~ 1012 ГЦК (0.74) ―› ОЦК (0,68)
Дефекты фактически компенсируют разницу плотности укладки этих
2-х решеток.
Мартенсит – это:
1) крайне неравновесная фаза в сталях;
2) самая искаженная кристаллическая решетка;
3) max твердость;
4) min пластичность – чем больше углерода в стали, тем тверже Ме.
рис. 80
Мартенсит имеете самый большой удельный объем, при образовании мартенсита сталь увеличивается в объеме.
Условия получения мартенсита:
- нагреть до аустенитного состояния;
- быстро охладить, чтобы не было диффузионного перлитного превращения, Vкр – критическая скорость охлаждения,
охлаждать нужно со скоростью большей, чем Vкр;
- при непрерывном охлаждении полностью пройти мартенситный интервал температур, Мн – Мк,
если не достигнута точка Мк, если %С > 0.6, то кроме мартенсита сохраняется остаточный аустенит.
2.3. Промежуточное (бейнитное) превращение
А0,8:
1) аустенит, обедненный углеродом, из него получают малоуглеродистый мартенсит;
2) аустенит, обогащенный углеродом, из него получается цементит.
Ммалоуглер + Ц = Бейнит.
Превращение это промежуточное:
- по температурному интервалу;
- есть элемент диффузии и бездиффузионный элемент превращения;
- по уровню твердости НВ ~ 5000 МПа (М ~ 6000 МПа, Т ~ 4000 МПа)
Итог:
В зависимости от условий охлаждения возможны три варианта превращений аустенита с получением различных структур.
Диаграммы С-образные или изотермических превращений.
Для условия непрерывного охлаждения построены термокинетические диаграммы