2.8.3. Перетворення в сталі під час охолодження аустеніту

В п.2.5.3 обговорено фазові перетворення аустеніту під час дуже повіл ного охолодження за діаграмою Fe — С.

Якщо ж аустеніт А охолоджувати з підвищеною швидкістю, то він розпа дається на ферито-цементитну суміш — перліт Π при температурах, нижчих з критичну. В умовах переохолодження вільна енергія аустеніту більша від вільної енергії продуктів його розпаду — фериту й цементиту. Новоутворені фаз_и істотно відрізняються від аустеніту за хімічним складом: ферит містить до 0 02 % С, цементит — 6,67 % С. Отже, щоб відбувалось перетворення А->П необхідна дифузія вуглецю, яка перерозподіляє його концентрацію. Зі збіль­шенням переохолодження росте різниця AG (рис.2.8.4) вільних енергій аусте­ніту G_A й перліту G_n: AG = G₄ - G_n, що пришвидшує процес перетворення Проте зниження температури сповільнює дифузію атомів вуглецю, що гальмує перетворення. На рисунку швидкість дифузії наближено представляє коефіці­єнт дифузії D. Результуюча дія обох протилежно скерованих факторів AG і D виражена кривою ν (тут ν — швидкість розпаду аустеніту). Спочатку, при температурі рівноваги А, (727 °С), коли AG = 0, аустеніт не розпадається і тому ν — 0. Зі збільшенням переохолодження зростає різниця вільних енергій AG, що пришвидшує розпад аустеніту. При певному значенні AG швидкість розпаду аустеніту ν досягає максимуму, після чого вона поступово зменшується і при температурі ~ 200 °С знову наближається до нуля. В гальмуванні швидкості перетворення аустеніту після її максимального значення вирішальну роль відіграє дифузія, активність якої зі зниженням температури поступово зменшується.

Перетворення аустеніту складається зі стадії зародження центрів нових фаз-— фериту та цементиту й стадії подальшого їх росту. Підсумком цього процесу є кінетична крива перетворення (рис.2.8.5), побудована за експериментальними точками при сталій температурі (ізотермічній витримці). Про розпад аустеніту судять на підставі змін певних фізичних властивостей матеріалу зразка, наприклад, його магнітних характеристик. Відомо, що аустеніт парамагнітний, а продУ^ктИ розпаду — ферит і цементит — феромагнітні. Магнітометричним методом можн будь-коли кількісно визначити ступінь перетворення аустеніту.

1 І'І

іС'нетична крива перетворення показує як зростає в часі частка перетворе-яустеніту після деякого інкубаційного періоду, що зображено відрізком ^Н° від осі ординат до точки а. Точка α відповідає початкові перетворення ^Ча еніту, коли частка утвореного перліту не перевищує 0,5...1 %. Вигляд кривої ^аУ і_дчує, що швидкість перетворення спочатку повільно зростає, доходячи ³ максимуму, коли перетворення досягне 50 %, а згодом поступово ^Я\іеншується і в точці b закінчується.

За серією кінетичних кривих перетворення, кожна з яких отримана при іншій температурі, будують діаграму ізотермічного перетворення аустеніту в координатах температура / — час τ, звичайно час відкладають у логарифміч­ній шкалі (рис.2.8.б). З кожної кінетичної кривої перетворення на діаграму пере­носять точки (час) початку й кінця процесу (ці точки на діаграмі не показані). З'єднавши відповідні точки, отримують С-подібні криві початку І і кінця II перетворення. Зліва від кривої початку перетворення маємо переохолоджений аустеніт А, справа — продукти його розпаду: П, С, Т, Б, а між кривими — разом аустеніт і продукти розпаду. Бачимо, що час до початку перетворення — інкубаційний період — є найменший для ступеня переохолодження Δί= 150...200 °С, відрахованого від А,. Лінія М_п показує температуру початку, а лінія М_к — температуру кінця мартенситного перетворення.