2.8.4. Перлітне перетворення

Перлітне перетворення полягає у розпаді аустеніту на дві фази ф_е

цементит. Воно відбувається в такій послідовності. Спочатку в дефектних мі""" ' переважно на границях зерен аустеніту, зароджуються пластинки цементит"¹"*' провідної фази (рис.2.8. 7). Ріст пластинок супроводжується дифузі/* перерозподілом вуглецю перед фронтом росту. Внаслідок цього аустеніт б"*¹ пластинки цементиту збіднюється на вуглець. Згодом ці ділянки аустеніт"" низькою концентрацією вуглецю поліморфно перетворюються А->ф. ф_Єр_Ит ^{У 3} утворився на границі з цементитом, має вигляд пластинки. В свою чергу на ме'^Щ° феритною пластинкою аустеніт збагачується вуглецем, що полегшує зароджен'³ й ріст сусідньої цементитної пластинки. В результаті виникає пластинчаст* структура з двох фаз, які чергуються. Процес триває доти, поки весь аустеніт н перетвориться в перліт. Пластинки фериту й цементиту в структурі перліту легк проглядаються при середніх збільшеннях мікроскопа. За більшого переохолодження росте дисперсність фаз фериту й цементиту. Такий більш дисперсний перліт називають сорбітом. Двофазову будову сорбіту можна виявити лише при великих збільшеннях оптичного мікроскопа. Коли переохолодити ще більше, утворюється структура перлітного типу, яка називається трооститом Розрізнити фази фериту й цементиту під оптичним мікроскопом в трооститній структурі майже неможливо. Для цього потрібний електронний мікроскоп. Отже, перліт, сорбіт і троостит — двофазові пластинчасті (іноді зернисті) структури з різним ступенем дисперсності. Пластинчасті структури утворюються із одно­рідного (гомогенного) аустеніту, а зернисті — з неоднорідного (гетерогенного) за вуглецем аустеніту. Дисперсність перліту, сорбіту й трооститу визначається середньою сумарною товщиною пластинок фериту й цементиту — міжпластинчастою відстанню \, яка є важливою структурною характеристикою, що визначає механічні властивості сталі. Зі збільшенням дисперсності фаз ' підвищується твердість НВ сталі (таблиця 2.8 J).

Таблиця 2.8.1 Твердість структур евтектоїдної сталі

Характеристика	Структура
	перліт	сорбіт	троостит
-~~~ Δο, мкм НВ, МПа	0,6—1,0 1800—2500	0,25—0,3 2500—3500	0,1—0,15 3500—4500

2.8.5. Мартенситне перетворення у вуглецевій сталі

Мартенситом називають пересичений твердий розчин проникнення вуглецю в α-залізі. Мартенсит утворюється зі сильно переохолодженого аустеніту під час поліморфного перетворення кристалічної Ґратки у-заліза (ГЦК) у кристалічну гратку α-заліза (ОЦК) без виділення вуглецю з твердого розчину.

Якщо в рівноважному стані концентрація вуглецю у фериті не перевищує 0,02 %, то концентрація вуглецю в мартенситі така сама як у вихідному аустеніті й може сягати 2,14%. Атоми вуглецю мартенситу перебувають в октаедричних порах елементарної комірки α-заліза й сильно деформують її. В результаті елементарна комірка мартенситу замість кубічної стає тетрагональною (рис.2.8.8), в якій параметр с більший від а. З підвищенням вмісту вуглецю висота тетрагональної призми с збільшується. Водночас збільшується й співідношення с/а.

Кристали мартенситу в площині шліфа виглядають як паралельні або розташовані під кутом 60 і 120 ° пластини (рис.2.8.9), що пов'язано з утворен­ням мартенситу лише в певних кристалографічних площинах. По цих площи­нах кристал мартенситу, що росте, й кристал вихідного аустеніту спряжені (когерентні від латинського cohaerentia — зв'язок). Два кристали є когерентними, якщо кристалічні ґратки спряжені в певній кристалографічній площині. Оскільки мартенсит та аустеніт мають різні питомі об'єми, то в площинах спряження виникають напруження, що перевищують границю текучості. Ці напруження спричиняються до порушення когерентності й утворення міжфазової границі з невпорядкованим розташуванням атомів.

Перетворення аустеніту в мартенсит відбувається за зсувовим мехащ коли атоми заліза зсуваються в просторі на незначні (менші міжатомних) від ''' відносно сусідніх атомів без обміну місцями. В результаті такого зсуву _в' ^ вається миттєве γ-^α перетворення з величезною швидкістю (~ 10³ м/с) _Ро ." кожної пластини мартенситу. Отже, мартенситне перетворення належить бездифузійних процесів.

Під час охолодження аустеніт починає перетворюватися в мартенсит з певної початкової температури Μ , яка не залежить від швидкості охолоджен­ня, протилежно до перлітного перетворення. Закінчується мартенситне перет­ворення при кінцевій температурі Μ . Таким чином, мартенсит утворюється переважно в інтервалі температур Μ .. .Μ . Якщо припинити охолодження, то мартенситне перетворення зупиниться.

Кінетику мартенситного перетворення в інтервалі температур М_ц.. .М_к часто подають графічно мартенситною кривою, побудованою в координатах частка мартенситу — температура t (рис.2.8.10). Як видно з рисунка, зі зниженням температури сталі частка утвореного мартенситу збільшується. При цьому частка мартенситу збільшується не внаслідок росту кристалів, а через утворення нових кристалів. При кінцевій температурі мартенситного перетворення М_к ще залишається певна кількість неперетвореного аустеніту А, який називають залишковим аустенітом. Що нижча температура Μ , то його більше в загар­тованій сталі. Залишковий аустеніт є причиною неоднорідності властивостей загартованої сталі.

и_а числові значення температур М_п і М_к істотно впливають концентрація

ц_Ю в сталі та легувальні елементи. Що більша концентрація вуглецю, то

"У¹"' _ид і_НТервал температур мартенситного перетворення (рис.2.8.11). За

^и" _еНТрації вуглецю понад 0,5 % мартенситне перетворення зсувається в

^к° _{аСТЬ в}ід'ємних температур. Всі легувальні елементи, за винятком кобальту

°°, гцомінію, знижують положення точок М_п і М_к. Мартенситне перетворення

' ідміну від перлітного не має інкубаційного періоду. Утворений мартенсит

■ начається _ВИСОкими твердістю (до 65 HRC), міцністю і крихкістю.

Окремо розглянувши кінетику перлітного й мартенситного перетворень, можна на тій основі перейти до обговорення проміжного бейнітного перетво­рення.