Теория термической обработки
Бейнитное превращение
1
В углеродистых сталях ниже изгиба С-кривой, в интервале 500–250° С, происходит бейнитное (промежуточное) превращение (промежуточное
между перлитным и мартенситным).
В результате бейнитного превращения образуется смесь α-фазы (феррита) и карбида, которая называется бейнитом.
Различают «верхний» и «нижний» бейнит, образующийся соответственно в верхней и нижней части интервала температур (граница ~350° С).
Верхний бейнит имеет перистое строение, а нижний – игольчатое, мартенситоподобное.
В верхнем бейните карбидные частицы расположены между пластинами феррита или по границам и внутри пластин, а в нижнем бейните включения карбида находятся только внутри пластин α -фазы.
Ферритная фаза в бейните является пересыщенным раствором углерода в α -железе.
Карбидная фаза в верхнем бейните – цементит, а в нижнем бейните – ε-карбид, который заменяется цементитом с увеличением времени выдержки (как и при отпуске стали).
2
Верхний бейнит |
Нижний бейнит |
А – аустенит, М – малоуглеродистый мартенсит, К – карбид, Ф – феррит (пересыщенный углеродом)
3
Кинетика бейнитного превращения
На диаграмме изотермического распада углеродистой стали бейнитное превращение не отделяется от перлитного. Минимум инкубационного периода (изгиб С-кривой) у углеродистой стали находится в перлитной области. Ниже этого изгиба с понижением температуры изотермического превращения наблюдается постепенный переход от перлитной области к бейнитной (например, в интервале 530–470° С в стали с 0,9% С).
Диаграммы изотермического распада аустенита легированных сталей с обособленными С- кривыми перлитного и бейнитного превращений. а – сталь с 0,43% С, 1,22% Cr, 0,82% Mn и 0,11%V: 1 – начало образования феррита; 2 – начало образования перлита; 3 – конец образования перлита; 4 – начало образования бейнита; 5 – конец образования бейнита; б – сталь с 0,43% С и 3,52% Cr; 1 – начало образования перлита; 2 – конец образования
перлита; 3 – начало образования бейнита; 4 – конец образования бейнита
4
Механизм бейнитного превращения
Бейнитное превращение включает следующие основные процессы: γ α перестройку решетки, перераспределение углерода, выделение карбида.
Считается, что во всем температурном интервале бейнитного превращения феррит образуется из аустенита по мартенситному механизму. Невозможно образование феррита путем неупорядоченной γ α перестройки, т.к. подавляется перлитный распад.
Однако перераспределяется углерод: в одних местах образуются участки, богатые им, а в других – обедненные. Участки аустенита с низкой концентрацией углерода
претерпевают мартенситное γ α -превращение.
5
6
Механические свойства стали с бейнитной структурой
Бейнит прочнее перлита, причем его прочностные свойства растут с понижением температуры изотермического превращения
Зависимость механических свойств эвтектоидной стали от температуры превращения аустенита
7