2.1.3. Диаграмма изотермических превращений аустенита

Фазовый состав и структура стали после охлаждения из у-области зависят в основном от скорости охлаждения аустенита и предопределяются содержанием углерода и легирующих элементов в стали.

Для того чтобы понять, как влияет скорость охлаждения аустенита на строение и свойства получающихся при его распаде структур, рассмотрим диаграмму изотермических превращений аустенита, т. е. таких превращений, которые происходят в процессе выдержки при постоянных температурах, лежащих ниже точки Ar1 (рис. 2.2).

Диаграмма представлена двумя кривыми (их принято называть С-кривыми). Она составлена в координатах температура - время изотермической выдержки. Время обычно откладывается в логарифмической шкале.

Левая С-кривая является геометрическим местом точек начала превращения (распада) аустенита при соответствующих температурах его изотермической выдержки. Время окончания превращения ограничивается правой С-кривой.

Диаграмма заключена между двумя критическими изотермами, из которых изотерма Асl соответствует равновесному превращению аустенит-перлит, а изотерма МН - началу мартенситного превращения.

Весь диапазон температур изотермических превращений можно разбить на две части, существенно отличающиеся друг от друга по механизму превращений, составу и особенностям строения фаз, получающихся при распаде аустенита. Границей между этими частями является температура, соответствующая перегибу на С-кривых (примерно 550 ОС). ДЛЯ понимания характера превращений аустенита в обеих температурных областях необходимо иметь в виду следующее.

При переохлаждении аустенита ниже точки АС! происходит У -7 а-превращение и образование цементита. В оцк решетке феррита растворяется намного меньше углерода, чем в аустените. Оказавшийся «лишним» углерод должен образовать карбид железа.

Скорость распада аустенита и характер образующихся при этом продуктов должны зависеть 01 температуры распада, определяющей скорости самодиффузии Железа и диффузии углерода.

Основной причиной аллотропического превращения является стремление сплава обладать минимумом свободной энергии, следовательно, чем ниже температура переохлажденного аустенита при изотермическом превращении, тем сильнее будет его склонность к распаду и превращения происходят быстрее.

Перлитное превращение

Рассмотрим характер превращений аустенита в верхней области

температур С-кривой (выше 550 ОС, см. рис. 2.2).

В этой области температур диффузия протекает достаточно легко. В связи с этим у -7 а перестройка железа и образование цементита идет диффузионным путем. Аустенит превращается в смесь равновесных по составу фаз: Ф + ц.

Началу распада аустенита предшествует подготовительный, или инкубационный период (см. рис. 2.2). При снижении температуры изотермической выдержки его продолжительность уменьшается.

При понижении температуры изотермической выдержки, с одной стороны, повышается энергетический стимул распада, а с другой снижается интенсивность диффузионных процессов. Это приводит к уменьшению времени распада и обусловливает уменьшение размера образующихся при распаде аустенита пластинок феррита и цементита, что отражается на прочности продуктов распада. Поэтому весь диапазон температур выше выступа С-кривых условно принято делить на три части, в каждой из которых образуются разные по структуре и свойствам продукты распада аустенита.

В верхней части С-кривой (А! - 650 ОС) образуется наиболее крупнопластинчатая смесь (Ф + Ц), обладающая наименьшей твердостью (170.. .230 НВ). Ее называют собственно перлитом (П). Образующийся в средней части (650.. .600 ОС) сорбит (С) состоит из более тонких пластинок (Ф и Ц), образующих более мелкие колонии перлита. Твердость сорбита поэтому выше (230.. .330 НВ). В нижней части (600.. .500 ОС) образуется самая тонкодисперсная, мелкопластинчатая смесь, называемая трооститом (Т), которая имеет более высокую твердость (330.. .400 НВ).