Превращения в стали при охлаждении Часть2

) углерод диффундирует в глубь зерна до тех пор (все с большим образованием феррита), пока аустенит не обогатится до содержания 0,8% С, после чего происходит перлитное превращение (рис. 19, а).

С повышением степени переохлаждения (с понижением температуры) изотермическое превращение ускоряется, диффузия углерода протекает в меньшей степени, избыточного феррита образуется меньше и получающаяся феррито-цемен-титная смесь содержит углерода меньше 0,8% (рис. 19,6). При температуре, соответствующей изгибу С-кривой, диффузия углерода не происходит и аустенит распадается без образования избыточного феррита. Получается феррито-цементитная смесь (троостнт) с таким количеством углерода, которое содержит данная доэвтектоидная сталь (рис. 19, в).

При изотермическом превращении заэвтектондной стали процесс аналогичен; разница только в том, что вместо избыточного феррита из аустенита выделяется избыточный цементит и феррито-цементитная смесь не обедняется, а обогащается углеродом. Получающаяся при распаде аустенита феррито-цементитная смесь, содержащая углерода меньше (или больше) 0,8%, называется квази-эвтектоидом.

Мартенситное превращение. Мартенсит имеет совершенно отличную от других структур природу и образуется не так, как феррито-цементитные смеси. Характерной особенностью аустенито-мартенситного превращения является его бездиффузиопиый характер.

При большом переохлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частиц цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостнта. Решетка 7_железа перестраивается в решетку а-железа. Углерод остается внутри решетки а-железа, в результате чего получается пересыщенный твердый раствор углерода в а-железе.

Значительное пересыщение а-железа углеродом вызывает изменение объемно-центрированной кубической решетки в тетрагональную, элементарной ячейкой которой является прямоугольный

параллелепипед (рис. 20). Атомы углерода в такой ячейке располагаются в межузлиях (что характерно для твердого раствора внедрения) или в центре основания (сторона а), или в середине удлиненных ребер (сторонам). Степень тетрагональности, характеризующаяся отношением осей с/а, увеличивается с повышением содержания углерода в твердом растворе, достигая в стали, содержащей 1,7% С, величины 1,08.

  (см. рис. 14).

не происходит полного образования мартенсита.

на рис. 21).

При выдержке при темпе-

не только прекращается образование мартенсита, но увеличивается стойкость аустенита против мартенситного превращения при последующем охлаждении.

понижается с повышением в аустените углерода. При содержании углерода более 0,6% мартенситное превращение заканчивается при температурах ниже нуля. Поэтому для того чтобы в высокоуглеродистых сталях получить большее количество мартенсита, их следует охлаждать до температур ниже нуля. Практически в ряде случаев стали подвергают такой обработке, которая называется обработкой холодом.

и увеличивает количество остаточного аустенита. Кобальт повышает температуру мартенситного превращения и уменьшает количество остаточного аустенита, а кремний не оказывает никакого влияния.

Аустенито-мартенситное превращение сопровождается увеличением объема. Все структуры стали можно расположить (от максимального объема к минимальному) в следующий ряд: мартенсит— троостит—сорбит—перлит—аустенит.

При аустенито-мартенситном превращении мартенсит образуется в форме пластин (рис. 23, а), но обнаружить в плоскости

шлифа мартенситную пластину трудно. Обычно в зависимости от угла сечения пластин плоскостью шлифа они наблюдаются под микроскопом в виде игл различной толщины (рис. 23, б).

Мартенситные пластины (иглы) образуются почти мгновенно, со скоростью более 1000 м/с, только в пределах аустенитного зерна и не переходят границу между зернами. Поэтому размер игл мартенсита зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна ау-стенита, тем мельче иглы мартенсита и структура характеризуется как крупноигольчатый или мелкоигольчатый мартенсит (рис. 24, а и б). При наличии очень мелких игл, не различимых под микроскопом при обычно применяемых увеличениях (в 500—600 раз), мартенсит называют бесструктурным или скрытокристаллическим (рис, 24, в). Такая структура характерна для правильно закаленной стали.

Механизм мартенситного превращения описан в классических работах акад. Г. В. Курдюмова. Мартенситное превращение состоит в закономерной перестройке решетки, при которой атомы не обмениваются местами, а лишь смещаются относительно друг друга

на расстояния, не превышающие межатомные. При этом необходимо, чтобы граница раздела между старой (аустенит) и новой (мартенсит) фазами была когерентной, т. е. чтобы между решетками аустенита и мартенсита существовало хорошее сопряжение (рис. 25, а). Только при этих условиях возможно одновременное направленное перемещение атомов на расстояния, не превышающие межатомные, когда соседи любого атома в аустените являются соседями этого же атома в мартенсите (кооперативное превращение).

Поскольку объем аустенита отличается от объема мартенсита, на границе между ними возникают напряжения, все время усиливающиеся с ростом мартенситного кристалла и вызывающие пластическую деформацию в аустените. В результате пластической деформации нарушается когерентность решеток мартенсита и аустенита, образуется некогерентная граница (значительные искажения в расположении атомов, рис. 25, б); превращение может идти только диффузионным путем, а при низких температурах диффузионный переход невозможен, поэтому рост мартенситного кристалла прекращается.

(см. рис. 14). При изотермической выдержке в этой области температур образуется структура, называемая бейнитом (и гольчатым тр ооститом).

Промежуточное (бейнитноё) превращение аустенита сочетает элементы перлитного и мартенситного превращений (рис. 26). В начальной стадии углерод в переохлажденном аустените перераспределяется с образованием обогащенных и обедненных углеродом участков аустенита. Участки обедненного аустенита претерпевают мартенситное у—ос-превращение. С течением времени при постоянной температуре переохлаждения образовавшийся мартенсит распадается на феррит и цементит. Из участков аустенита, обогащенных углеродом, выделяется цементит; аустенит обедняется углеродом, и, как указано выше, сначала происходит мартенситное превращение, а затем распад мартенсита на феррито-цементитную смесь.

Ферритная фаза в бейните является пересыщенным раствором углерода в а-железе. Чем ниже температура промежуточного превращения, тем больше а-фаза пересыщена углеродом (до 0,1— 0,2% С). Обогащенный углеродом аустенит, обладая высокой устойчивостью, нередко не претерпевает превращения и сохраняется как остаточный аустенит с повышенной по сравнению с исходной концентрацией углерода. Таким образом, в результате промежуточного превращения структура стали в наиболее общем случае состоит из а-фазы (феррита), пересыщенной углеродом, частиц цементита, образовавшихся в результате выделения из аустенита и при распаде мартенсита, и остаточного аустенита с концентрацией углерода, отличной от средней.

В зависимости от температуры изотермической выдержки микроструктура и механические свойства бейнита различны Бейнит, образующийся при более высокой температуре (немного

  твердость нижнего бейнита НВ 550. По сравнению с перлитными структурами пластины цементита в бейните короче, толщина и длина их уменьшаются по мере снижения температуры превращения.

Влияние легирующих элементов на изотермический распад аустеншпа. На изотермический распад аустенпта легирующие элементы оказывают очень большое влияние. Все легирующие элементы, за исключением кобальта, замедляют изотермический распад аустенита. Кобальт является единственным элементом, ускоряющим распад аустенита.

Для сталей, легированных элементами, не образующими карбидов (никель, кремний, алюминий и др.), кривые изотермического распада аустенита сохраняют свой С-образный вид, как и для углеродистой стали, но располагаются правее. Чем больше легирующего элемента, тем дальше кривые удалены от вертикальной оси (рис. 27, а).