 |
Закономерности превращения
|
|
|
|
Образцы нагревают до температуры, при которой структура состоит из однородного аустенита (770°С). Затем переносят в термостаты с заданной температурой (интервал 25—50°С).
Превращение аустенита можно легко обнаружить с помощью наблюдений за изменением магнитных характеристик, так как аустенит парамагнитен, а феррит и цементит обладают магнитными свойствами.
Получают серию кинетических кривых (рис. 11.5а), которые показывают количество образовавшегося перлита в зависимости от времени, прошедшего с начала превращения.
В начале наблюдается инкубационный подготовительный период, время, в течение которого сохраняется переохлажденный аустенит. Превращение протекает с различной скоростью и достигает максимума при образовании 50% продуктов распада.
Затем скорость начинает уменьшаться и постепенно затухает. С увеличением степени переохлаждения устойчивость аустенита уменьшается, а затем увеличивается.
Горизонтальная линия Мн показывает температуру начала бездиффузного мартенситного превращения. Такие диаграммы называются диаграммами изотермического превращения аустенита (рис. 11.5б).
При малых степенях переохлаждения, в области температур 727...550°С, превращения заключается в том, что в результате превращения аустенита образуется механическая смесь феррита и цементита, состав которой отличается от состава исходного аустенити. Аустенит содержит 0,8% углерода, а образующиеся фазы: феррит — 0,02%, цементит — 6,67% углерода.
Время устойчивости аустенита и скорость его превращения зависят от степени переохлаждения.
Максимальная скорость превращения соответствует переохлаждению ниже температуры А1 на 150...200°С, т.е. соответствует минимальной устойчивости аустенита. Механизм превращения представлен на рис. 11.6.
|
|
|
Рис. 11.5. Кинетические кривые превращения аустенита при охлаждении (а); диаграмма изотермического превращения аустенита (б)
При образовании перлита из аустенита ведущей фазой является цементит. Зарождение центров кристаллизации цементита облегчено на границе аустенитных зерен. Образовавшаяся пластинка цементита растет, удлиняется и обедняет соседние области углеродом. Рядом с ней образуются пластинки феррита. Эти пластинки растут как потолщине, так и подлине. Рост образовавшихся колоний перлита продолжается до столкновения с кристаллами перлита, растущими из других центров.
Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходит процесс его распада.
Толщина соседних пластинок феррита и цементита определяет дисперсность структуры и обозначается 𝛥0. Она зависит от температуры превращения. В зависимости от дисперсности продукты распада имеют различное название.
𝛥0 = (0,5...0,7) 10-3 мм — перлит.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 650...700°С, или при скорости охлаждения Vохл = 30...60°С/ч. Твердость составляет 180...250 НВ.
𝛥0 =0,25*10-3 мм — сорбит.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 600...650°С, или при скорости охлаждения Vохл = 60°С/с. Твердость составляет 250...350 НВ. Структура характеризуется высоким пределом упругости, достаточной вязкостью и прочностью.
𝛥0 =0,1*10-3 мм — троостит.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 550...600°С, или при скорости охлаждения Vохл = 150°С/с. Твердость составляет 350...450 НВ. Структура характеризуется высоким пределом упругости, малой вязкостью и пластичностью.
Твердость ферритно-цементитной смеси прямо пропорциональна площади поверхности раздела между ферритом и цементитом.
Если температура нагрева незначительно превышала температуру A1 и полученый аустенит неоднороден по составу, то при малой степени переохлаждения образуется зернистый перлит.
|
|
|
Рис. 11.6. Механизм превращение аустенита в перлит
Промежуточное превращение
При температуре ниже 550°С самодиффузия атомов железа практически не происходит, а атомы углерода обладают достаточной подвижностью.
Механизм превращения состоит в том, что внутри аустенита происходит перераспределение атомов углерода и участки аустенита, обогащенные углеродом превращаются в цементит.
Превращение обедненного углеродом аустенита в феррит происходит по сдвиговому механизму, путем возникновения и роста зародышей феррита. Образующиеся при этом кристаллы имеют игольчатую форму.
Такая структура, состоящая из цементита и феррита, называется бейнитом. Особенностью является повышенное содержание углерода в феррите (0.1...0.2%).
Дисперсность кристаллов феррита и цементита зависят от температуры превращения.
При температуре 550°С — 𝛥0 = 0,12*10-3 мм — верхний бейнит. Структура характеризуется недостаточной прочностью, при низких относительном удлинении (δ) и ударной вязкости (ан).
При температуре 300°С — 𝛥0 = 0,08*10-3 мм — нижний бейнит. Структура характеризуется высокой прочностью в сочетании с пластичностью и вязкостью.
|
|
|
