Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита
Бейнитное (промежуточное) превращение аустенита протекает в температурной области между перлитным и мартенситным превращениями. Кинетика этого превращения и получающиеся структуры имеют черты кинетики и структур, получаемых при диффузионном перлитном и бездиффузионном мартенситном превращениях: диффузионное перераспределение углерода в аустените между продуктами его распада и мартенситное бездиффузионное превращение
В результате бейнитного превращения образуется смесь - фазы (феррита) и карбида, которая называется бейнитом.
Кристаллы - фазы образуются в промежуточном интервале температур путем когерентного роста упругой связи с исходной -фазой, т.е. точно также, как растут кристаллы мартенсита при мартенситном превращении. Но в отличие от последнего, для которого характерно “мгновенное” образование кристаллов мартенсита, при бейнитном превращении кристаллы - фазы растут сравнительно медленно, что связано с необходимостью диффузионного отвода атомов углерода из аустенита с целью получения - фазы, обедненной углеродом. Это объясняется тем, что в промежуточном интервале температур - фаза может образовываться из - фазы, обедненной углеродом (рис.3.26).
Карбид в бейните не имеет пластинчатого строения, свойственного перлиту. Карбидные частицы в бейните очень дисперсны, их можно видеть только на электронном микроскопе.
Различают верхний и нижний бейнит, образующиеся соответственно в верхней и нижней части промежуточного интервала температур (условная граница между ними 350оС). Верхний бейнит имеет перистое строение, а нижний – игольчатое, мартенситоподобное строение.
Верхний бейнит от нижнего отличается по характеру распределения и составу карбидной фазы. Электронно-микроскопический анализ показал, что в верхнем бейните карбидные частицы расположены между пластинами феррита или по границам и внутри пластин феррита, а в нижнем бейните включения карбида находятся только внутри пластин - фазы.
Рис. 3.26. Схема бейнитного превращения
Карбидная фаза в верхнем бейните – цементит, а в нижнем бейните - -карбид, который заменяется цементитом с увеличением времени выдержки (как при отпуске стали).
Продукты изотермического превращения переохлажденного аустенита в промежуточном интервале температур по своему составу, структуре и свойствам близки к продуктам отпуска мартенсита закаленной стали, если температуры бейнитного превращения и отпуска одинаковы.
Бейнит прочнее перлита, при этом его прочностные свойства увеличиваются с понижением температуры изотермического превращения. Повышенная прочность бейнита определяется малыми размерами ферритных кристаллов, дисперсными выделениями карбидов, искажениями решетки - железа в связи с ее пересыщением углеродом, а также повышенной плотностью дислокаций в бейнитном феррите, закрепленных коттреловскими атмосферами из атомов углерода.
Пластичность при переходе из перлитной области в бейнитную (верхний бейнит) падает, а затем с понижением температуры вновь возрастает (нижний бейнит). Снижение пластичности в области верхнего бейнита связано с выделением сравнительно грубых карбидов преимущественно по границам ферритных кристаллов. В нижнем же бейните частицы карбидов расположены внутри кристаллов - фазы и поэтому при высокой прочности в стали с верхним бейнитом сохраняется высокая вязкость.