Рост перлитного зерна (эвтектоидной колонии) в сталях происходит вдоль (в) и поперек (п) пластинок. Скорости поперечного и продольного роста перлитного зерна примерно равны.

Перлит растет продольно за счет аустенита (А), находящегося справа от фронта кристаллизации. Такой рост должен приводить к обеднению углеродом аустенита возле Ц и обогащению Ф. Для продолжения роста необходимо , чтобы шло выравнивание состава аустенита. Перераспределение углерода должно происходить вдоль фронта кристаллизации путем его диффузии в аустените. Чем тоньше пластинки Ф и Ц, тем меньше процесс диффузии будет задерживать рост перлитной колонии.

Однако толщина пластинок может уменьшаться только до определенной величины, так как уменьшение свободной энергии F = FA – FП, освобождающейся при превращении

А П, должно, по крайней мере, компенсировать возрастание поверхностной энергии на границе раздела Ф и Ц из-за увеличения суммарной площади границ.

11

Толщина пластинок в зависимости от Т определяется:

1)выигрышем свободной энергии;

2)скоростью диффузии.

Перлитом называют только крупнопластинчатую эвтектоидную колонию; при средней толщине пластинок ее называют сорбитом, а при малой – трооститом.

Принято некоторые условные величины, по которым эвтектоидные колонии подразделяют на перлит, сорбит и троостит:

Скорость роста перлитной колонии растет вместе с переохлаждением до его значения Т 150°С, при большем Т скорость роста уменьшается. Толщина же пластинки в перлитных колониях уменьшается с возрастанием переохлаждения.

12

Переохлаждение аустенита ниже 230°С приводит к тому, что он не распадается, а

испытывает аллотропическое превращение без изменения состава. Это превращение совершается сдвиговым путем. В результате такого превращения в стали образуется структура, называемая мартенситом.

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор углерода в -железе. Он имеет

тетрагональную объемно-центрированную решетку. Степень тетрагональности (с : а), возрастает до 1,08 при увеличении содержания углерода, находящегося в твердом растворе, от 0 до 1,7%.

По диаграмме равновесия предельное содержание углерода в -фазе не превышает 0,025%, а в мартенсите оно может доходить до 2,14%. Поэтому мартенсит в стали не является стабильной фазой и стремится к распаду, особенно при нагреве.

Мартенсит обладает высокой прочностью, ферромагнитен. Под микроскопом мартенсит стали имеет вид игл, толщина каждой иглы ~10-4 см.

Решетка мартенсита закономерно ориентирована по отношению к решетке исходного аустенита, а именно:

{110}M II {111}A и <111>M II <110>A.

Мартенситное превращение даже при очень сильном переохлаждении не доходит до

конца и наряду с мартенситом в структуре имеется некоторое количество остаточного аустенита. В углеродистой стали его содержание равно нескольким

процентам.

13

При переохлаждении аустенита эвтектоидной стали ниже 500°С ( T=220°С и больше) характер превращения меняется и в результате изотермического распада аустенита

образуется уже не перлит, а промежуточная структура, которую называют также игольчатым трооститом или бейнитом. Это превращение содержит элементы

диффузионного и бездиффузионного превращения.

Твердость бейнита выше, чем тонкопластинчатого перлита, и повышается с увеличением Т.

Бейнит состоит, как и перлит, из феррита и цементита, но имеет иное строение. Различают структуру верхнего и нижнего бейнита. Переход от одного к другому

происходит приблизительно при степени переохлаждения 350°С.

Верхний бейнит имеет перистый вид. При больших увеличениях видно, что цементит присутствует в виде изолированных узких частиц (а не в виде пластинок, как в перлите). Частицы цементита расположены между игольчатыми кристаллами феррита.

Нижний бейнит имеет игольчатый вид и напоминает структуру мартенсита. Частицы цементита в нижнем бейните еще более тонкие, чем в верхнем бейните.

14

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные

области или ступени превращения:

перлитную;

Перлитная область в углеродистых сталях распространяется на интервал температур от точки A1 до изгиба изотермической диаграммы

(~550°С).

область промежуточного превращения;

Промежуточное превращение протекает при температурах от изгиба кривой (~550°С) до точки Мн. При таком превращении образуется

бейнитная структура.

мартенситную.

Ниже температуры, соответствующей точке Мн,

переохлажденный аустенит бездиффузионно превращается в мартенсит.

18

Скорость охлаждения V1 (в печи, ~0,1 град/сек)

– структура крупнопластинчатый перлит. Операция т/о – отжиг. Приводит к получению малой твердости.

Скорость охлаждения V2 > V1 (на воздухе, ~ 1

град/сек) – структура тонкопластинчатый

град/сек) – структура тонкопластинчатый перлит (троостит). Операция т/о –одинарная

обработка. Твердость выше.

При скорости V4 > V3 (100…1000 град/сек) распад аустенита не начинается и он превращается в мартенсит. Такая операция называется закалкой стали.

Минимальная скорость, при которой аустенит не распадается, а испытывает только мартенситное превращение, называется критической скоростью закалки (Vкр.)

Бейнитная структура получается только при изотермическом выдерживании аустенита при температуре ниже 550°С.

20