9.3.2.3. Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита

Бейнит – двухфазная смесь феррита и цементита. Но полиморфный переход происходит по мартенситному механизму.

Превращение начинается с перераспределения углерода, в результате которого одни зоны зерен обедняются, а другие – обогащаются углеродом. В обедненных зонах γ-твердого раствора повышается температура мартенситного превращения. Поэтому происходит оно в первую очередь там. В зонах твердого раствора, обогащенного углеродом протекает карбидообразование – выделение очень мелких кристаллов цементита. По мере обеднения аустенита углеродом развивается мартенситное превращение. К моменту полиморфного превращения γ-твердый раствор не полностью освобождается от растворенного углерода, поэтому кристаллы Fe_α, имеющие форму очень тонких пластин, несколько пересыщены углеродом.

Промежуточное превращение не доходит до конца, часть аустенита остается непревращенной. Чем выше температура превращения, тем больше остается непревращенного аустенита.

Свойства верхнего и нижнего бейнита различны (таблица).

Таблица

Свойства верхнего и нижнего бейнита

	Бейнит верхний	Бейнит нижний
Температура образования, оС Строение Механические свойства	400-500 перистое неблагоприятное сочетание: пониженная прочность (из-за остатков А), низкие пластичность и вязкость	<400 пластинчатое высокая прочность, высокие пластичность и вязкость

9.4. Технология термической обработки стали

Горячекатаные полуфабрикаты, поковки, штамповые заготовки, стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализации подвергают высокому отпуску.

9.4.1. Отжиг сталей

Существует несколько разновидностей отжига. Для конструкционных сталей чаще применяют перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных – сфероидизирующий.

Перекристаллизационный отжиг. Конструкционные стали чаще содержат углерод в количестве до 0,7%, т.е. являются доэвтектоидными.

Отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно снимаются остаточные напряжения.

Полуфабрикаты после литья или горячего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к снижению пластичности. Кроме того, отливки часто имеют структурные дефекты, которые ухудшают их свойства – крупнозернистость (если температура окончания обработки давлением намного превышает А_с3), либо строчечность (рис.9.9) в расположении структурных составляющих – феррита и перлита, что обуславливает анизотропию свойств (из-за загрязнения стали сульфидами, фосфором).

Для полной перекристаллизации структуры сталь нагревают до температуры, превышающей А_С3 на 30-50^оС. Затем изделия следует медленно охлаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную ферритно-перлитную структуру и низкую твердость и высокую пластичность.

Рис. 9.9. Строчечность стали

Сфероидизирующий отжиг инструментальных сталей. Инструментальные стали для режущего, измерительного инструмента и для инструментов, деформирующий металл в холодном состоянии, содержат углерод в количестве от 0,7 до 2%. Это обусловливает высокую твердость, что затрудняет обработку резанием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Кроме того, заэвтектоидные стали так подготавливают к закалке. Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую форму. Отсюда и название отжига – сфероидизирующий.

Зернистый перлит получают путем нагрева сталей до температуры 750-770^оС (немного выше, чем А_С1) и последующего медленного охлаждения или изотермической выдержки при 650-680^оС. При такой обработке в стали сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита (рис.9.10).

Рис. 9.10. Зернитый перлит