Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения
Выше рассматривались фазовые превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния (см. §4.3).
Увеличивая скорость охлаждения стали или вводя в нее легирующие •.тементы, можно значительно повысить степень переохлаждения аусте-ни ia, т.е. понизить температуру его превращения. От степени переохла-жтения аустенита зависят механизм и кинетика превращения и, соответ-i i пенно, структура и свойства продуктов превращения.
1! технологических процессах термической обработки распад аусге-iiHia происходит в условиях непрерывного охлаждения и иногда изотермически (при постоянной температуре).
Процессы распада переохлажденного аустенита подразделяют на два
мша: перлитное и промежуточное, или бейнитное1 (диффузионные); мар
■> И'пси I ное~.
Кинетику диффузионных превращений удобнее изучать в изотерм и
•lerisHX УСЛОВИЯХ.
Ьеинииюе превращение названо в честь американского ученого Э. Бейка. ' М .i|> к ми и 1 нос npi чфащение принято называть «бездиффузионным». Дейсгни H-JII.IIO, < корен-1 I. перемещения (едншл) а гомон на небольшие расстояния очень нелика (I Г км/(■), однако днижение атомон н i нердом геле :>то диффузия.
Перлитное превращение аустенита
Влияние степени переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость превращения представляют графически в виде диаграмм. Эти диаграммы строят в координатах температура превращения — время; обычно время откладывают на логарифмической шкале (рис. 6.12).
|
|
|
Диаграммы строят на основе экспериментальных данных. Образцы сталей, нагретые до аустенитного состояния, быстро переносят в ванну с жидкой средой, имеющей температуру ниже равновесной температуры превращения, и выдерживают до завершения превращения. При этом фиксируют изменение какого-либо свойства, чтобы определить время начала и конца превращения. При температурах, меньших точки Кюри, следят за изменением магнитных свойств стали, так как они изменяются наиболее резко (аустенит парамагнитен, а продукты превращения аустенита ферромагнитны).
Основные закономерности перлитного превращения рассмотрим на примере эвтектоидной стали. Изотермический распад аустенита этой стали происходит в интервале температур от Аг\1(720 °С) до Л/н (250 °С), где Мн — температура начала мартенситного превращения. Мартенситно-го превращения в эвтектоидной стали при постоянной температуре ниже точки Мн не происходит.
На диаграмме (см. рис. 6.12) нанесены две С-образные кривые, указывающие время начала и конца превращения переохлажденного аустенита. В области диаграммы, расположенной левее линии 1, существует переохлажденный аустенит; между линиями 1 и 2 находится область, в которой происходит превращение; правее линии 2 лежит область, в которой
|
|
|
|
|
Рис. 6.12. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной стали (схема): / - перлитное превращение; // - промежуточное превращение; III - мартенситное превращение; П - перлит; С - сорбит; Т - троостит; Б - бейнит; 1, 2 - линии начала и конца превращения переохлажденного аустенита соответственно
Ат\ температура точки А\ при охлаждении.
Рис. 6.13. Кинетические кривые изотермического распада переохлажденного аустенита А эвтектоидной стали:
а - перлитное превращение; б- промежуточное превращение (t = const)
существуют продукты превращения аустенита. Устойчивость аустенита зависит от степени переохлаждения. Наименьшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550°С. Для эвтектоидной стали время устойчивости аустенита при 550 — 560°С составляет около 1с. При повышении или понижении температуры относительно 550°С устойчивость аустенита возрастает. Так, при 700°С это время составляет около 10 с, а при 300 °С — около 60 с.
Превращение аустенита при температурах в интервале Ат\ — 550°С называют перлитным, а превращение при температурах в интервале ЙГ)()°С М„ — промежуточным.
|
|
|
В интервале температур перлитного превращения в результате распада аустенита образуются пластинчатые структуры перлитного типа, т.е. структуры, образованные из кристаллов феррита и цементита. Перлитное превращение (рис. 6.13, а) вначале протекает медленно, затем скорое п. сто увеличивается до постоянной величины; в конце превращения скорость постепенно убывает.
Строение перлитной структуры зависит от температуры превращения. С увеличением степени переохлаждения, в соответствии с общими «конами кристаллизации (см. гл. 3), уменьшается размер образующихся кристаллов, т.е. возрастает дисперсность ферритно-цементитной смеси.
Дисперсность перлитных структур принято оценивать межпласти-иочным расстоянием, за которое принимают среднюю суммарную толщину соседних пластинок феррита (Ф) и цементита (Ц) (рис. 6.14). Если превращение происходит при температурах более высоких, чем 650 - 670"С, оЛртуотся сравнительно грубая смесь кристаллов феррита и цементита г межпластиночным расстоянием (5 - 7) • 10~7 м; такую смесь называют
Рис. 6.14. Схема роста перлитных колоний (Ф - феррит, Ц - цементит)
собственно перлитом. Превращение при 640 — 590 °С дает межпластиночное расстояние (3 — 4) • Ю-7 м; такую перлитную структуру называют сорбитом\ При температуре превращения 580 — 550 °С межпластиночное расстояние уменьшается до (1 - 2) • Ю-7 м; такую структуру называют трооститом .
|
|
|
Указанное деление перлитных структур условно, так как дисперсность смесей монотонно увеличивается с понижением температуры превращения.
Центры кристаллизации перлитных колоний возникают преимущественно на границах зерен аустенита; при этом перлитные колонии растут во все стороны (см. рис. 6.14).
При перлитном превращении полиморфный переход 7 -* <% сопровождается перераспределением углерода. Для образования цементита, содержащего 6,69% С, необходимо перемещение атомов углерода на расстояния, значительно большие межатомных расстояний, так как среднее содержание углерода в твердом растворе до превращения гораздо меньше, чем в цементите.
Несмотря на то, что подвижность атомов железа и углерода с понижением температуры от точки Ат\ уменьшается, скорость перлитного превращения возрастает вплоть до 550°С. Это объясняется тем, что с увеличением степени переохлаждения, быстро возрастает число центров кристаллизации и соответственно уменьшаются расстояния, на которые должны переместиться атомы в процессе превращения.
С увеличением дисперсности структур перлитного типа возрастают прочность и твердость стали; лучшую пластичность и вязкость имеет структура сорбита.
Мартенситное превращение аустенита
На схеме диаграммы изотермического превращения (см. рис. 6.12) условно показана область мартенситного превращения (ниже Мн).
Условно потому, что не только в энтектоидной, но и в подавляющем боль шинетне сталей мартенситное превращение в изотермических условиях не развивается1.
|
|
| Рис. 6.16. Зависимость температуры термодинамического равновесия аустенита и мартенсита <о и температур Мя и М, от содержания углерода в стали |
| Рис. С.15. Кинетическая кривая мартенситного превращения при непрерывном охлаждении |
Мартенситное превращение интенсивно протекает при непрерывном охлаждении в интервале температур от А/н до А/к (рис. 6.15). Малой шая изотермическая выдержка в этом интервале температур приводи! к стабилизации аустенита, т.е. превращение не доходит до конца, и кроме мартенсита в структуре наблюдается так называемый остаточный ау-стсиитп. Аустенит может оставаться в структуре также тогда, когда в углеродистой стали содержится больше 0,6 % С и охлаждение ведут только до 0°С (рис. 6.16). На рисунке линии начала и конца мартенситного прекращения условно нанесены на «стальной участок» диаграммы IV lV;tC, а штриховая линия представляет собой геометрическое место го чек <о - температур термодинамического равновесия двух фаз аустопила и мартенсита для сталей с различным содержанием углерода (рис. 6.17). Для получения мартенситной структуры аустенит углеродистых сталей необходимо очень быстро и непрерывно охлаждать, применяя для этого холодную (лучше соленую) воду. Быстрое охлаждение необходимо для мн о, чтобы подавить возможные диффузионные процессы и образование перлитных и бейнитных структур.
Структура названа в честь английского ученого Г. Сорби. Структура назнана и честь голланского ученого Р. Тропе I я.
1 .1 к. и стли с содержанием 0,06% С, 23,4% Ni и 3,3% Мп изотермическое мар и мин- превращение ускоряск'Я с уменьшением температуры ог 50 то -Г20"С и г-тмнепя при дальнейшем понижении ieMnepaivpu
|
|
| ис. 6.17. Зависимость сво-эдной энергии аустенита иартенсита от температуры |
Экспериментально построенные для всех сталей термокинетические диаграммы позволяют определить минимальную скорость охлаждения, называемую критической скоростью закалки г;кр, при которой аустенит превращается только в мартенсит при температуре Мн и ниже1 (рис. 6.18). Термокинетические диаграммы имеют огромное значение для технологии термической обработки; они принципиально отличаются от диаграмм изотермического превращения аустенита тем, что строятся при условии непрерывного охлаждения образцов соответствующих сталей.
ермокинетическая диаграмма — важная характеристика, позволяющая редсказывать вид фазового превращения и возможную структуру стали зависимости от скорости ее охлаждения.
|
|
Рис. 6.18. Термокинетическая диаграмма для стали 45:
1, 2, 3 - кривые охлаждения детали типа вала в точках, расположенных на поверхности, на расстоянии 0,5Д от поверхности и в центре вала (R - радиус вала)
Рис. 6.19. Микроструктура мартенсита стали 45 после закалкис оптимальной температуры 850"С. х500
Итак, при охлаждении стали со скоростью, большей vKp, будет образовываться мартенсит 1—- неравновесная фаза— пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Реа (рис. 6.19). Кристаллы мартенсита, имея пластинчатую форму, растут с огромной скоростью, равной скорости звука в стали (~ 5000 м/с). Их росту препятствует граница зерна аммонита или ранее образовавшаяся пластина мартенсита (рис. 6.20).
Г.В. Курдюмов дал классическое определение мартенситному превращению: « Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются на расстояния, не превышающие межатомные». При этом перестройка решетки происходит по тем кристаллографическим плоскостям исходной
Рис. 6.20. Схема образования мартен-ситных пластин в одном аустенитном черно
: 1 ановлемо, что темпераiypu Л/„ и Л/к практически не записи i oi скорое 1и охла-
К'мия, и iojii.ho при скоростях охлаждения более 6(100 "О/с они н
Дата добавления: 2018-04-05; просмотров: 1031; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!