Мартенситное превращение. Превращение аустенита при охлаждении (перлитное превращение)

Превращение аустенита при охлаждении (перлитное превращение)

Основное превращение при медленном охлаждении стали с температурой выше A_c1 это эвтектоидный распад аустенита на феррито-цементитную смесь-перлит. Процесс диффузионный, связанный с распадом твердого раствора А на две резко различные по химическому составу фазы - Ц - 6, 67%С и Ф-0, 02%С. Процесс идет при переохлаждении сплава.

Контролирует процесс диффузия углерода. Однако чем ниже температура превращения(>ΔТ), тем меньше скорость диффузии углерода. При очень больших (ΔТ) диффузия углерода практически равна нулю и диффузионный распад аустенита невозможен..

Распад начинается обычно на стыке аустенитных зерен образованием зародыша цементита. При утолщении цементитной пластины вблизи нее аустенит объединяется и создаются условия для образования роста ферритной пластины. При утолщении ферритной пластины углерод оттесняется в аустенит, в результате создаются условия для появления новых цементитных пластин.

Межпластиночное расстояние Δ (суммарная толщина пластин Ф и Ц) постоянны для данной степени переохлаждения аустенита. Это важная структурная характеристика, чем оно меньше, тем дисперсией структура, выше прочностные свойства стали. В зависимости от температур распада аустенита образуются следующие структуры:

при 650 °- 220^о С межпластиночное расстояние Δ =0. 5- 1мкм, НВ170-220 – перлит;

при 650 - 570° С межпластиночное расстояние Δ - 0,4 - 0,2 мкм НВ - 230 - 330- сорбит;

при 570° - 500° межпластиночное расстояние Δ = ~ 0, 1мкм, НВ 330 - 460 троостит.

Промежуточное превращение – бейнитное

В углеродистых сталях в интервале 500-250° С происходит бейнитное или промежуточное превращение - промежуточное между перлитным и мартенситным. При превращении образуется также феррито-цементитная смесь, но карбидные частицы не имеют пластинчатого строения и очень дисперсны (видны только в электронном микроскопе). Различают “верхний” и “нижний” бейнит, образующийся соответственно в верхней (~ 550-400⁰) и нижней (-400-250°) части промежуточного интервала температур.

В отличие от перлитного, бейнитное превращения является сдвиговым диффузионным, т. е. перестройка кристаллической решетки происходит за счет кооперированного перемещения атомов железа на расстояния меньше межатомных при диффузионном перемещении атомов углерода. Верхний и нижний бейнит отличаются друг от друга строением и прочностными характеристиками. Первый имеет перистое строение, сравнительно низкую прочность и пластичность; второй игольчатое строение (близкое к мартенситу), высокую прочность и пластичность.

Аустенит при быстром охлаждении превращается в новую метастабильную) фазу мартенсит упорядоченный пересыщенный твердый раствор углерода в Fe α. При перестройке решетки ГЦК в ОЦК в последней сохраняется концентрация углерода такая же, как и в исходном аустените. Максимально возможная концентрация углерода в мартенсите 2, 14%.

Атомы углерода искажают решетку ОЦК и превращают ее из кубической в тетрагональную, у которой отношение с /а >1. Чем больше углерода в стали, тем больше тетрагональность решетки мартенсита. Атомы углерода занимают определенное место в решетке (октаэдрические поры), поэтому раствор является упорядоченным.

Для мартенсита характерна особая микроструктура. Его кристаллы представляют собой тонкие пластины, утоненные к концам (на микрошлифе они имеют форму игл, отсюда термин “ игольчатая структура”), расположенные параллельно или пересекающиеся друг с другом под углом 60° и 120°. Ориентировка пластин мартенсита связана с тем, что они могут образовываться в аустените только по определенным кристаллографическим плоскостям и направлениям наиболее густо усеянным атомами (меньше работа образования кристаллов новой фазы мартенсита).

Тонкая структура мартенситных кристаллов характеризуется высокой плотностью дислокации (10¹¹ -10¹² см-²) и небольшими размерами фрагментов (менее 1мкм и ячеек (100-200 А°). С увеличением содержания углерода растет плотность дислокации уменьшаются размеры фрагментов.