2.8.6. Бейнітне перетворення

Бейнітне перетворення у вуглецевих сталях відбувається в інтервалі темпе­ратур нижчих від перлітного (дифузійного) і вищих від мартенситного (безди-фузійного) перетворені,. Тому бейнітне перетворення часто називають проміжним. Під час нього утворюється бейніт — двофазова суміш, що складається з пересиченого вуглецем фериту й карбідів заліза.

При температурах бейнітного перетворення дифузія заліза практично неможлива. Дифузія вуглецю ще досить інтенсивна, завдяки чому в переохо­лодженому аустеніті локально перерозподіляється вуглець, утворюючи зони з низькою та високою його концентрацією. Зони аустеніту з низькою концент­рацією вуглецю, для яких точка М_в лежить в інтервалі температур бейнітного перетворення (див. рис.2.8.11), зазнають у—>а перетворення за мартенситним (бездифузійним) механізмом, хоч таке перетворення було підготовлено Попередніми дифузійними процесами. В зонах збагаченого вуглецем аустеніту під час ізотермічної витримки виділяються карбіди, у вигляді дуже дрібних і

137

коротких паличок. Внаслідок виділення цієї високовуглецевої фази (карб' · суміжні зони аустеніту збіднюються вуглецем. В збіднених зонах знову ' бездифузійне γ-^>α перетворення. Проміжне перетворення не зав * закінчується повним розпадом аустеніту. Якщо далі охолоджувати до кімнат ^ температури аустеніт, що не зазнав бейнітного перетворення, то він м ,°' частково перетворитись на мартенсит. ^е

Залежно від температури утворення бейніт поділяють на верхній і нижн'* Умовна межа між ними — температура 350 °С.

Верхній бейніт утворюється ближче до зони перлітного перетворення В' складається з коротких не завжди паралельних пластинок фериту й цементит

Нижній бейніт утворюється ближче до зони мартенситного перетворення Він має голчасту форму, що нагадує мартенсит. При великих збільшеннях мож на бачити, що голки складаються з дрібних пластинок фериту й цементиту

Твердість бейніту близька до 5000 НВ. Верхній бейніт недостатньо міцний і малопластичний, а нижній бейніт — високоміцний, проте має задовільну пластичність та ударну в'язкість.

2.8.7. Перетворення мартенситу й залишкового аустеніту під час нагрівання

Як було показано вище, під час мартенситного перетворення (див. п.2.8.5) у сталях з високим вмістом вуглецю формується структура, що складається із мартенситу й залишкового аустеніту. Ці обидві фази не тривкі й під час нагрі­вання розпадаються.

Розрізняють чотири основні перетворення, які відбуваються під час нагрі­вання сталей з вихідною структурою мартенсит + залишковий аустеніт. Температурні границі цих перетворень до певної міри умовні.

Перше перетворення йде при температурах, що не перевищують 200 °С. Завдяки тепловій активізації дифузії, починаючи з температури ~ 100 °С, в окремих ділянках мартенситу виділяється частина атомів вуглецю й утворюються дуже тонкі та дрібні пластинки метастабільного ε-карбіду, формула якого близька до Fe,C. Товщина утворених пластинок становить декілька атомних шарів, вони мають спільну з мартенситом кристалографічну площину, атоми якої належать одночасно обом фазам, тобто між цими фазами існує когерентність. Концентрація вуглецю в мартенситі стає неоднорідною: вона найнижча в тих ділянках, ІДО межують з карбідами. Поступова втрата мартенситом значної кількості вуглецю є причиною трансформування тетрагональної кристалічної ґратки в гратку близьку до кубічної, в якій співвідношення параметрів с/а наближається до одиниці.

Отриманий під час нагрівання мартенсит, в якому співвідношення параметрі⁶ с/а близьке до одиниці і який є гетерогенною сумішшю пересиченого вуглецем а -твердого розчину неоднорідної концентрації й невідокремлених частинок карбіду, називається відпущеним мартенситом. З підвищенням температури або тривалості нагрівання величина частинок ε -карбіду поступово збільшується. В сталях із вмістом вуглецю меншою ніж 0,2 % ε -карбід не утворюється.

лідок різних питомих об'ємів ε-карбіду й α-твердого розчину між цими 5^на _{мИ вИ}никають істотні залишкові напруження.

Ф^а3^ у_ге перетворення відбувається в інтервалі температур 200...300 °С і лише алях із залишковим аустенітом. Останній розпадається на збіднений ^В епем мартенсит і карбід. В основі перетворення лежить дифузія і воно за ^ _сЮ природою нагадує бейнітне перетворення. Наприкінці другого перетво-^С ння в α-твердому розчині ще залишається 0,15...0,20 % вуглецю. Ρ fpeme перетворення має місце при температурах 300...400 °С. Тоді зника­ть залишкові напруження, закінчується розпад мартенситу, ε -карбідні час­инки відокремлюються від матриці й перетворюються у цементит. Форма це-ентитних частинок наближається до сфероїдальної, а розміри їх збільшуються за рахунок розчинення дрібних частинок і подальшого росту великих. Утво-пена в інтервалі температур 300...400 °С високодисперсна двофазова зерниста ферито-цементитна структура має твердість близьку до трооститу й нази­вається трооститом відпуску.

Четверте перетворення маємо під час нагрівання до температур понад 400 °С. Таке нагрівання не змінює фазового стану, проте сприяє коагуляції й сфероїзації карбідів. Коагуляція відбувається шляхом переносу атомів вуглецю через твердий розчин. В інтервалі температур 450...600 °С утворюється струк­тура, що називається сорбітом відпуску. У ньому, як і в трооститі відпуску, карбідні частинки мають форму зерен тоді, коли в сорбіті й трооститі, утво­рених із переохолодженого аустеніту — форму пластинок. Зернисті структури характеризуються кращими механічними властивостями за однакової твердості проти аналогічних структур з пластинчастою формою цементиту.

Легувальні елементи впливають на перетворення під час нагрівання мар­тенситу й залишкового аустеніту. Це викликане сповільненням дифузії вуг­лецю та легувальних елементів у твердому розчині. Очевидно, при низьких (до 200 °С) температурах вплив легувальних елементів на розпад мартенситу й залишкового аустеніту незначний.

Більшість легувальних елементів впливає на підвищення частки залишкового аустеніту в швидкоохолоджених (загартованих) сталях за рахунок пониження температури початку мартенситного перетворення М_ц. Це, зокрема, стосується швидкорізальних сталеД частка залишкового аустеніту в яких становить 25...35 %, а аустеніт розпадається лише при температурах 500...600 °С, проти температур розпаду залишкового аустеніту 200...300 °С у вуглецевих сталях.

При температурах до 400 °С рухливість атомів легувальних елементів незначна, тому з мартенситу виділяється карбід заліза, для утворення якого достатньо, щоб переміщувались атоми вуглецю. Такі елементи, як Cr, Mo, W, Co і Si затримують розпад мартенситу до температур 450...500 °С.

Інтенсивність дифузії легувальних елементів у залізі наростає при температу­рах сталей понад 300...400 °С. Тоді створюються умови для утворення тривких спеціальних (утворених на основі легувальних елементів) карбідів або легованого Цементиту та розчинення нетривких карбідів типу цементиту. Легувальні елементи впливають також на швидкість коагуляції карбідних частинок. Нікель пришвидшує коагуляцію, в той час як Cr, Mo, W, V гальмують її. Тому при однаковій температурі ^Нагрівання леговані згаданими елементами сталі мають дрібні карбіди і відповідно °шьщу міцність, ніж сталі з грубими карбідами.