Промежуточное (бейнитное) превращение
Промежуточное превращение переохлажденного аустенита протекает в интервале температур между перлитным и мартенситным превращением (~550°С ― Мн) и сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного превращений: диффузионное перераспределение углерода между продуктами распада аустенита и бездиффузионное мартенситное превращение. В результате образуется структура, называемая бейнитом.
Бейнитное превращение начинается с диффузионного перераспределения углерода в переохлажденном аустените с образованием обедненных и обогащенных углеродом участков аустенита. Участки аустенита, обедненные углеродом, претерпевают γ → α превращение по мартенситному механизму. Образовавшийся мартенсит неустойчив при этих температурах и в процессе изотермической выдержки распадается на феррито-цементитную смесь. В объемах аустенита, обогащенных углеродом, происходит выделение кристаллов цементита, при этом образуются участки аустенита, обедненные углеродом, в которых протекает превращение по мартенситному механизму, а затем распад мартенсита на феррито-цементитную смесь. Промежуточное превращение, как и мартенситное, не идет до конца. Нераспавшийся аустенит при последующем охлаждении может претерпевать мартенситное превращение или сохраняться (остаточный аустенит).
Бейнит представляет собой структуру, состоящую из α-твердого раствора, пересыщенного углеродом, и частиц карбидов. Различают структуру верхнего и нижнего бейнита.
Бейнит, образующийся при температуре немного ниже изгиба С-кривой (550 — 450°С), называется верхним и имеет перистое строение. Частицы карбидов выделяются в виде изолированных узких частиц, твердость ~ 45 HRC.
Нижний бейнит образуется обычно в интервале температур 350°С ― Мн, имеет игольчатое строение, похожее на строение мартенсита, твердость ~ 55 HRC.
Превращения закаленной стали при нагреве (отпуск стали)
Термическую обработку, заключающуюся в нагреве закаленной стали до температуры ниже точки , называют отпуском. Структура закаленной стали — мартенсит и остаточный аустенит — являются неравновесными фазами. Переход стали в более устойчивое состояние сопровождается распадом мартенсита и остаточного аустенита с образованием структуры, состоящей из феррита и цементита. Распад этих фаз идет по диффузионному механизму, и скорость процесса обусловлена температурой нагрева. Из указанных фаз при нагреве в первую очередь начинает распадаться мартенсит.
При нагреве (отпуске) закаленной стали наблюдаются четыре превращения: первое превращение при нагреве до температуры ниже 200оС, второе – в интервале 200 ― 300оС, третье – в интервале 300 ― 400оС, четвертое – при 400 ― 600оС.
Первая стадия превращения происходит при нагреве до 200°С (первое превращение при отпуске). Из мартенсита выделяются мельчайшие частицы карбидной фазы (ε-карбид). Одновременно тетрагональность решетки уменьшается. Образуется структура отпущенного мартенсита.
При нагреве до температур от 200 до 300°С происходит распад остаточного аустенита (второе превращение при отпуске). Остаточный аустенит превращается в смесь пересыщенного α-твердого раствора и еще не обособившихся частиц карбидов, т. е. образуется отпущенный мартенсит.
Когда температура отпуска достигает 300 ― 400оС, углерод полностью выделяется из α-твердого раствора (мартенсита) с образованием Fe3C (третье превращение при отпуске). При этом происходит превращение пластинчатого цементита в мелкозернистый цементит. В результате превращения образуется мелкая феррито-цементитная смесь, называемая трооститом отпуска.
При нагреве до температур 400 ― 600оС (четвертое превращение при отпуске) происходит коагуляция (укрупнение) карбидов с образованием структуры сорбита отпуска. Укрупнение происходит путем растворения мелких частиц цементита, последующей диффузии углерода и выделения его на поверхности более крупных частиц цементита. При этом не происходит никаких превращений, связанных с изменением состава и кристаллической структуры феррита и цементита.