2.4 Фазовые и структурные превращения при охлаждении стали у8а

При охлаждении стали марки У8А из аустенитной области в интервале температур (A₁ - Мн) происходит диффузионный распад переохлажденного аустенита. Распад аустенита, согласно схеме рис. 2.3 будет происходить при охлаждении на воздухе после прокатки, при выдержке при отжиге стали У8А на зернистый перлит. При ускоренном охлаждении после нагрева под закалку до температур 760-780°С превращение аустенита идет по мартенситному (бездиффузионному механизму).

Кинетика распада аустенита при различных степенях переохлаждения аустенита описывается с помощью диаграммы изотермического превращения аустенита. Диаграмма для стали У8А приведена на рисунке 2.11. Следует отметить то факт, что подлинно изотермический распад аустенита можно создать лишь для малых сечений образцов или для сталей с весьма устойчивым переохлажденным аустенитом, получили распространение так называемые анизотермические (термокинетические) диаграммы превращения аустенита, когда фиксируются температура начала превращений и их природа при разных скоростях охлаждения.

а) б)

а - изотермическая диаграмма; б - термокинетическая диаграмма;

Рисунок 2.11 - Диаграммы распада аустенита стали У8А [6]

Прерывистая линия 1 (рисунок 2.11,а) отвечает условиям, определяющим начало превращения аустенита; левее этой линии аустенитная структура при заданных температурах и выдержках будет устойчива. Из термокинетической кривой распада (рис. 2.11,б) видно, что в области А₃-А₁ из переохлажденного аустенита возможно выделение структурно-свободного феррита. Линия 2, тоже прерывистая, отвечает условиям завершения процесса превращения. Чем ниже температура, при которой происходит превращение аустенита, тем выше степень дисперсности образующейся феррито-цементитной смеси; на диаграмме нанесены структуры, образующиеся в результате превращения аустенита при различных степенях переохлаждения. Линия Мн отвечает началу бездиффузионного мартенситного превращения аустенита.

На диаграмму изотермического превращения аустенита нанесена ломанная V₁, соответствующая отжигу на зернистый перлит, что позволит получить структуру зернистого перлита (рис. 2.12,а). Скорость охлаждения Vkp на рис. 2.11,а и рис.2.11,б будет отвечать непосредственному диффузионному переходу всего аустенита в мартенсит (рис. 2.12,б).

а- структура стали У8А после отжига на зернистый перлит

б- структура стали У8А после закалки

Рисунок 2.12 – Схемы микроструктуры стали У8А

В интервале температур от 500 до точки Мн = 220⁰С имеет место бейнитное превращение. Бейнитное превращение происходит при отсутствии диффузионного перераспределения атомов легирующих элементов и самодиффузии атомов железа, но с диффузией атомов углерода, которая может совершаться с достаточной полнотой. При охлаждении ниже температуры Мн =220⁰С происходит мартенситное превращение.

График зависимости твердости от скорости охлаждения приведен на рис. 2.14.

М

Б

П

Рисунок 2.13 – Твердость продуктов распада стали У8А в зависимости от скорости охлаждения

Из диаграммы на рисунке 2.11б видно, что с увеличением скорости охлаждения (от V1 до V9) твердость НV продуктов распада аустенита увеличивается, особенно интенсивно с началом образования бейнитных структур.

Скорость охлаждения Vкр на рисунке 2.11б соответствующая непосредственному бездифузионному переходу всего аустенита в мартенсит является критической скоростью закалки и рассчитывается по формуле 2.1:

(2.1)

Инструменты из углеродистых сталей имеют малую устойчивость аустенита в перлитной области и соответственно высокую критическую скорость охлаждения при закалке необходимо охлаждать в воде или 5-10%-ных водных растворах солей (NaCl) или щелочи (КОН, NaOH), что сможет обеспечить рассчитанную критическую скорость охлаждения при закалке [8, 10, 12].