Бейнитное превращение

Распад аустенита в области температур ниже выступа С-кривой (550. ..250 ОС) происходит при явно недостаточной скорости диффузионных процессов. Это предопределяет характер формирования образующейся при распаде структуры, называемой бейнитом в честь американского ученого Бейна, впервые исследовавшего изотермические превращения аустенита. Скорость формирования новых фаз вэтих условиях полностью зависит от интенсивности диффузии. ПриМН диффузия железа и углерода подавлена полностью.

Это проявляется прежде всего в увеличении продолжительности инкубационного периода и постепенном увеличении расстояния между нижними ветвями С-кривых.

Механизм бейнитного превращения промежуточный между рассмотренным диффузионным перлитным превращением и бездиффузионным мартенситным превращением.

Образующиеся при изотермическом распаде аустенита в бейнитной области фазы Ф' и Ц' отличаются от Ф и Ц перлита и создаютструктуры бейнита, отличающиеся от П, С и Т. С понижением температуры распада твердость бейнита возрастает, так как больше углерода остается в пересыщенном a-Fe (Ф').

В бейнитной области без особых трудностей совершается только процесс перестройки у-ГЦК решетки в a-ОЦк.

Но для выхода из твердого раствора атомов углерода и формирования нормальных по составу и строению феррита и цементита необходимы такие же, как в верхней области, скорости диффузии.

Из-за замедления диффузионных процессов в рассматриваемой области температур пересыщенный твердый раствор углерода в a-Fe, образовавшийся в результате аллотропического превращения, не может полностью освободиться от излишнего количества растворенного углерода.

Следовательно, образующаяся при распаде аустенита в данной области фаза на основе a-Fe - Ф' должна представлять собой пересыщенный твердый раствор углерода в a-Fe, тем сильнее отличающийся по содержанию углерода от феррита, чем ниже температура превращения.

Карбидная фаза Ц', образующаяся при выходе углерода из пересыщенного твердого раствора, по составу и строению несколько отличается от цементита. С понижением температуры это отличие возрастает, а количество образующейся фазы, естественно, уменьшаться, поскольку уменьшается количество высвобождающегося из раствора углерода. Таким образом, при распаде аустенита в нижней температурной

области диаграммы изотермических превращений образуется бейнит - смесь пересыщенного твердого раствора углерода в a-Fe и специфического карбида железа: Ф' + Ц', тем более отличающаяся отсмеси Ф + Ц, чем ниже температура превращения.

При непрерывном охлаждении аустенита в интервале температур от точки МН (температура начала превращения) до точки МК (температура окончания превращения) (см. рис. 2.2) поисходит бездиффузионное мартенситное превращение.

Таким образом, исследование изотермических превращений аустенита показывает, что их механизм, кинетика и характер образующихся в результате продуктов распада определяется температурой превращения.

2.1.4. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении

От скорости охлаждения зависят температурный интервал превращения аустенита, продолжительность превращения, а также характер и свойства получающегося продукта. Скорость охлаждения регулируется способом охлаждения и охлаждающей средой, в качестве которой используют воду, минеральное масло, водные растворы солей и щелочей, расплавы солей, специально создаваемые синтетические жидкости.

Рассмотрим особенности превращения аустенита с 0,8 % С при различных скоростях охлаждения: V\ < V2 < Vз < V4 (рис. 2.3). Поскольку С-кривые строятся в координатах время-температура, то можно наложить на них кривые охлаждения.

При увеличении скорости охлаждения снижаются температуры распада аустенита на ферритно-цементитную смесь и уменьшается время распада. Вследствие этого снижается интенсивность происходящих при распаде диффузионных процессов и увеличивается число зарождающихся в зернах аустенита центров, вокруг которых растут зерна нового продукта Ф + Ц (П, С, Т). При ускорении охлаждения дисперсность Ф - Ц смеси повышается - пластинки феррита и цементита в перлите становятся тоньше. Это приводит к повышению прочностных свойств продуктов распада.

Так как у всех этих структур совершенно одинаковый фазовый состав (Ф + Ц), причем феррит обладает минимальным содержанием углерода, способного раствориться в железе, а цементит имеет обычный состав, отвечающий формуле FезС, принято эти структуры (П, С, Т) относить к семейству перлитов, а соответствующие превращения аустенита называть перлитными превращениями.

Отметим, что при очень малых скоростях охлаждения (V1) при распаде аустенита получается перлит, при несколько более высоких (V2) - сорбит, при ускоренном охлаждении (Vз) образуется троостит.

Однако прочностные и другие механические свойства продуктов распада аустенита зависят не только от дисперсности фаз, образующихся при распаде. Определяющее влияние на них оказывают плотность генерируемых при охлаждении дислокаций и уровень остаточных внутренних напряжений.

Последние два фактора зависят от значений возникающих в сплаве термических и фазовых внутренних напряжений, сумма которых определяет общий уровень внутренних напряжений. От значений внутренних напряжений зависят интенсивность работы источников Франка-Рида и, следовательно, плотность генерируемых ими дислокаций.

Термические напряжения возникают при всяких изменениях температуры сплава. Они обусловлены разницей удельных объемов(плотностей) сосуществующих в едином монолите слоев металла. Эти напряжения тем выше, чем больше скорость охлаждения. Следовательно, применительно к охлаждению они возрастают от V1 к V4 (см. рис. 2.3).

Фазовые напряжения возникают в процессе превращения аустенита в другие структуры (фазы) вследствие того, что при этом в едином монолите одновременно сосуществуют различные по удельномуобъему фазы (аустенит и продукты его распада).

Уровень фазовых напряжений зависит от разницы удельных объемов аустенита и образующихся при его распаде продуктов, а также и от скорости превращения, определяемой скоростью охлаждения.

Аустенит обладает наименьшим удельным объемом. Далее в порядке увеличения удельного объема следуют перлит, сорбит, троостит, бейнит и мартенсит.

С увеличением скорости охлаждения уровень внутренних напряжений возрастает, что приводит к увеличению плотности дислокаций и как следствие - к повышению показателей прочности.

Плотность дислокаций в перлите, сорбите и троостите порядка 107, 108 и 109 см-2. Эти структуры характеризуются разным межпластинчатым расстоянием и соответственно имеют разную твердость(см. таблицу).

Задача