Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

Влияние непрерывного охлаждения на превращение аустенита можно проследить путем наложения кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита (рис.3.28) Из рассмотрения этих зависимостей видно, что с повышением скорости охлаждения понижается степень переохлаждения аустенита и, соответственно, тем дисперснее образуется феррито-цементитная структура.

Рис. 3.28. Наложение кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита

Можно считать, что при небольшой скорости охлаждения V₁ образуется перлитная структура, при большей скорости V₂ – сорбитная структура и еще большей скорости – трооститная структура. Бейнитная структура при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется. При очень высоких скоростях (V₄, V_к , V₅) часть аустенита или весь аустенит переохлаждается до точки М_н и превращается либо частично (при V₄), либо полностью в мартенсит. Минимальную скорость охлаждения, при которой основная часть переохлажденного до М_н аустенита, за исключением некоторого количества остаточного аустенита, превращается в мартенсит, называют критической скоростью охлаждения (закалки) (V_к).

Критическая скорость закалки зависит от устойчивости аустенита и определяется составом стали. Чем больше становится устойчивость аустенита в результате легирования стали (чем больше сдвигаются вправо С-образные кривые), тем меньше требуется критическая скорость закалки для получения чисто мартенситной структуры.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (800-200 ^оС/с). Наименьшей критической скоростью обладает эвтектоидная сталь. При введении в сталь 1% С, 1 % Cr критическая скорость закалки уменьшается в 3 раза, а при введении 0,4 % Мо критическая скорость закалки снижается с 200 до 50 ^оС/с. Очень сильно снижает критическую скорость закалки марганец, никель. Кобальт единственный легирующий элемент, понижающий устойчивость аустенита и, соответственно, повышающий критическую скорость закалки. У многих легированных сталей критическая скорость закалки не превышает 20 ^оС/с.

Термокинетические диаграммы превращения переохлажденного аустенита

При разработке технологии термической обработки изделий из углеродистых и легированных сталей необходимо иметь представление о температурных интервалах протекания фазовых превращений при непрерывном охлаждении и о проходящих при этом в стали структурных превращениях. Эти представления можно получить с помощью термокинетических диаграмм, представляющих собой диаграммы, построенные в координатах температура-время, на которые наносятся реальные кривые охлаждения и обозначаются области перлитного, бейнитного и мартенситного превращений конкретного состава стали (рис. 3.29).

Рис. 3.29. Термокинетические диаграммы превращения переохлажденного аустенита: а – эвтектоидная сталь; б – доэвтектоидная легированная сталь с 0,39 % С, 1 % Cr, 0,15 % Mo. Тонкие линии на рис. а соответствуют диаграмме изотермического превращения переохлажденного аустенита

Эти диаграммы показывают, что при малых скоростях охлаждения в углеродистой стали возможен распад аустенита только с образованием ферритно-цементитной структуры различной степени дисперсности – перлит, сорбит, троостит. Промежуточного превращения у углеродистой стали не происходит. При высоких скоростях охлаждения (выше V_к) аустенит претерпевает только мартенситное превращение. В легированной стали присутствует, помимо перлитной также бейнитная область, причем повышение скорости охлаждения способствует образованию бейнита. Бейнитное превращение не проходит до конца и в структуре стали после охлаждения будут присутствовать бейнит, мартенсит и остаточный аустенит. Для получения чисто мартенситной структуры охлаждение стали необходимо проводить со скоростью выше критической, при которой не протекает ни перлитного, ни бейнитного превращения.