Превращения аустенита при охлаждении

Если сталь со структурой аустенита охладить до температуры ни­же Агг, то аустенит претерпит превращение. Скорость превращения и строение продуктов распада аустенита зависят от степени переох­лаждения, т. е. от температуры, при которой оно происходит.

Закономерности этого процесса характеризуются диаграммой изо­термического превращения переохлажденного аустенита (рис. 3.4).

Для изучения изотермического превращения аустенита неболь­шие образцы стали нагревают до температур выше Асъ с целью получе­ния стабильного аустенита, а затем быстро охлаждают до температур ниже Лг, (например, До 700, 600, 500,400, 300 °С и т. д.), и выдержива­ют при этой температуре до полного распада аустенита.

Превращения аустенита при постоянных температурах ниже Art описываются кинетическими кривыми (рис. 3.4, а), показывающими' количество распавшегося аустенита в зависимости от времени, про­шедшего с момента начала его распада. Как видно из рисунка, после охлаждения стали до температур ниже критической точки Ах должен пройти инкубационный период 0-^Н, в течение которого сохраняется метастабильный аустенит. По истечении этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных структур.

Рис. 3.4. Построение диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита в эвтектоидной стали:

а — кинетические кривые; б — диаграмма изотермического превращения аустенита; в — графическое изображение структур

Распад аустенита заканчивается в момент, определяемый точкой К. Скорость распада в процессе выдержки при фиксированной темпера­туре сначала быстро растет, а затем, после распада около 50 % аусте­нита, постепенно замедляется.

Кинетические кривые распада аустенита для различных темпера­тур дают возможность построить диаграмму изотермического превра­щения аустенита (см. рис. 3.4, б). Для ее построения отрезки време­ни, соответствующие началу (Я,, Н2, Я3) и концу {Kv K2, К3)распада аустенита для каждой температуры, переносят на график температу­ра - время и одноименные точки соединяют кривыми. Эти кривые по форме напоминают букву С, поэтому их называют С-образными кривыми. Левая кривая характеризует начало распада аустенита, пра­вая - время полного распада. Область, лежащая левее кривой начала распада аустенита, определяет продолжительность инкубационного периода. Это область метастабильного аустенита. Устойчивость пе­реохлажденного аустенита и скорость его превращения зависят от сте­пени его переохлаждения. Как видно из диаграммы, аустенит обладает наибольшей устойчивостью при температурах немного ниже крити­ческой точки Ах и немного выше критической точки начала мартен-ситного превращения Мн. При этих температурах левая кривая наибо­лее удалена от вертикальной оси. Наименее устойчив аустенит при температуре t2 «550 °С - левая кривая наиболее близко расположена к вертикальной оси. Время устойчивости аустенита при данной тем­пературе - 1... 1,5 с.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области его превращения: перлитную область, ко­торой соответствует температурный интервал от 727'до 550 °С; об­ласть промежуточного превращения - от 550 °С до температуры нача­ла мартенситного превращения (Мн) и мартенситную область - ниже температуры Мн. -

Перлитное превращение переохлажденного аустенита происходит в области температур, где скорости диффузии достаточно высокие и процесс образования перлита определяется скоростями зарождения центров кристаллизации и их роста. Оба фактора зависят от степени переохлаждения. Образование зародышей цементита происходит на границе зерен аустенита. При этом аустенит, прилегающий к зароды­шам цементита, обедняется углеродом, что приводит к образованию зародышей феррита. От одного центра идет рост чередующихся пластинок цементита и феррита до их столкновения с кристаллами со­ставляющих перлита, растущими из других центров. Степень дисперс­ности перлитной структуры зависит.от температуры превращения: чем больше переохлаждение, тем тоньше пластины. Эта закономерность графически показана на рис. 3.4, в, а зарисовки структур - на рис. 3.5.

Рис. 3.5. Микроструктуры семейства перлитов и бейнитов:

а - пластинчатый перлит; б - сорбит закалки; в - троостит закалки; г -

верхний бейнит; д - нижний бейнит

Дисперсность перлитных структур принято оценивать межпла­стинчатым расстоянием Ао, за которое принимают среднюю суммар­ную толщину соседних пластинок феррита и цементита. В зависимо­сти от дисперсности продукты распада аустенита имеют различное название: перлит, сорбит и троостит. Основные характеристики этих структур приведены в табл. 3.1.

Характеристики продуктов распада аустенита

Таблица 3.1

Перлит, сорбит и троостит являются ферритоцементитными сме­сями, имеющими пластинчатое строение, и различаются лишь степе­нью дисперсности. Однако такое деление перлитных структур условно, так как дисперсность смесей монотонно увеличивается с понижени­ем температуры превращения.