3.3.3. Мартенситное превращение

Если аустенит переохладить до таких температур, когда решётка Fe_γ, несмотря на наличие растворённого в ней углерода, неустойчива, а скорость диффузии углерода вследствие низких температур так мала, что с ней можно не считаться, то происходит перестройка решётки без выделения углерода:

Fe_γ(С) → Fe_α(С)

В аустенитно-перлитном превращении ведущую роль играет диффузия углерода, и превращение следует называть диффузионным.

При аустенитно-мартенситном превращении происходит только перестройка решётки без изменения концентрации фаз. Превращение является бездиффузионным.

Мартенсит – это пересыщенный твёрдый раствор углерода в Fe_α с такой же концентрацией, как и у исходного аустенита.

Бейнитное превращение переохлаждённого аустенита происходит в температурном интервале, расположенном ниже перлитного, но выше мартенситного, поэтому его часто называют промежуточным. Превращение имеет черты перлитного и мартенситного, поэтому его не относят к основным видам. Механизм бейнитного превращения более сложный, чем перлитного и мартенситного.

3.3.4. Превращения в закалённой стали при нагреве

Закалённая сталь состоит из тетрагонального мартенсита и остаточного аустенита. Мартенсит является структурой, обладающей наибольшим объёмом, а аустенит – структурой с минимальным объёмом, поэтому превращения должны совершаться с объёмными изменениями. При превращении мартенсита объём будет уменьшаться, а при превращении аустенита – увеличиваться.

Дилатометрическая кривая фиксирует превращения при отпуске. (Дилатометр – прибор, при помощи которого изучают изменения длины образца при нагреве и охлаждении).

Начиная от 80ºС и вплоть до 200ºС наблюдается сокращение длины. Это так называемое первое превращение при отпуске. Получающийся при таком низком отпуске мартенсит, у которого отношение с/а близко к 1, называется отпущенным мартенситом. Уменьшение тетрагональности можно объяснить выделением углерода из твёрдого раствора. Образуется метастабильный ε–карбид, отличающийся от цементита (ε–карбид имеет гексагональную решётку и формулу, близкую к Fе₂С).

Дальнейший нагрев приводит лишь к укрупнению зёрен.

3.4. Технология термической обработки стали

3.4.1. Отжиг I рода

1) Гомогенизация или диффузионный отжиг (1000-1200ºС) проводится для слитков и отливок высоколегированных сталей, склонных к ликвации. (Крупное зерно устраняется последующей ТО).

2) Рекристаллизационный отжиг (600-700ºС) осуществляется для снятия наклёпа после холодной пластической деформации.

3) Отжиг для снятия внутренних напряжений (300-400ºС) проводят с целью уменьшения напряжений, образовавшихся в металле при ковке, литье, сварке, способных вызвать коробление и разрушение деталей.

3.4.2. Отжиг II рода

1) Полный отжиг: А_с3 + (30…50ºС).

Обеспечивает полную фазовую перекристаллизацию стали. Медленное охлаждение вместе с печкой приводит к распаду аустенита. Для доэвтектодных сталей проводят с целью уменьшения зерна. Повышаются пластические свойства и обрабатываемость резанием.

Разновидностью полного отжига для заэвтектоидных сталей является нормализация: А_сm + (30…50ºС), при которой охлаждение проводят на спокойном воздухе, что создаёт более быстрое охлаждение, и образуется более мелкая структура. Нормализация повышает механические свойства стали (прочность, твёрдость), а также является вспомогательной операцией перед закалкой.

2) Неполный отжиг: А_с1 + (10…30ºС).

К доэвтектоидным сталям применяется лишь тогда, когда требуется не исправление структуры, а только снижение твёрдости и напряжений.

Для заэвтектоидных сталей, имеющих структуру А + Ц(II), неполный отжиг применяется для сфероидализации вторичного цементита и разрушения цементитной сетки, которая ухудшает обрабатываемость.

3) Изотермический отжиг.

Сталь, нагретая выше А_с3 или А_с1, быстро охлаждается на 50-100º ниже А_с1 и при этой температуре выдерживается столько, сколько необходимо для полного распада аустенита (_выдерж. = 2…5 час.), затем охлаждается на спокойном воздухе. В результате улучшается структура.