3.3Превращение аустенита в перлит
При охлаждении стали с содержанием углерода 0,8% ниже А1происходит распад аустенита с содержанием углерода 0,8% на феррит с содержанием 0,01%С и цементит с содержанием углерода 6,67%. В виду такой разницы содержание углерода в исходной и образующейся фазе процесс распада носит диффузионный характер.
Для изучения кинетики и механизма превращения аустенита при охлаждении стали с большей скоростью проводят специальные эксперименты.
Рассмотрим превращения переохлажденного аустенита эвтектоидной стали (0,8%С). Образцы нагревают до t ≈ 770ОС, при которой ее структура состоит из однородного аустенита. Затем образцы быстро переносят в термостаты с заданной температурой – ниже А1 (интервал между изотермами 25-30ОС), и в процессе изотермической выдержки наблюдают за происходящими в аустените превращениями.
Процесс превращения аустенита в перлит можно изобразить в виде кинетической кривой превращения в координатах степень превращения – время (рис.22 а).
В точке а обнаруживается начало превращения ≈ 1 % перлита. Отрезок до точки а – инкубационный период. В точке b – превращение заканчивается. Отрезок до точки b – время превращения. Максимум скорости превращения соответствует примерно тому времени, когда превратилось ≈ 50% аустенита.
При высокой температуре t1 (малая степень переохлаждения) превращение развивается медленно - продолжительность инкубационного периода и время превращения велики. При увеличении степени переохлаждения (снижении температуры превращения) скорость превращения возрастает. Максимум скорости превращения соответствует температуре t4. Дальнейшее снижение температуры приведет уже к уменьшению скорости превращения.
Максимальная скорость превращения достигается предварительным охлаждением аустенита до 500 –5500С.
а) б)
Рис.22 Кинетика превращения аустенита в перлит
На рис.22(б) показана серия кинетических кривых, относящихся к разным температурам (разным степеням переохлаждения).
По полученным данным строят диаграмму изотермического превращения переохлажденного аустенита в координатах «температура – логарифм времени»
Линии начала и конца превращения напоминают букву С и называются С-образные кривые. Эта диаграмма распада переохлажденного аустенита для эвтектоидной стадии. Левее линии начала превращения находится область устойчивого состояния переохлажденного аустенита с минимальной устойчивостью при t=500-5500C. В зависимости от степени переохлаждения на диаграмме выделяют перлитную область (при переохлаждении в интервале А1(5500С), бейнитную область (в интервалеt(550 – М4), и мартенситную область при температуре переохлаждения ниже линии М4.
С-образная диаграмма для эвтектоидной стали будет иметь следующий вид (рис.23).
Рис.23. Диаграмма изотермического превращения аустенита
Левая кривая I (совокупность точек а ) указывает время начала превращения, линия II (совокупность точек b) – время конца превращения переохлажденного аустенита. В области левее линии I существует переохлажденный аустенит Ап. Между линиями (заштрихованная часть) происходит превращение аустенита. Правее линии II находится область существования продуктов аустенита.
В верхней части диаграммы (выше 550ОС) происходит перлитное превращение. Это превращение носит диффузионный характер, так как оно сопровождается перераспределением углерода между ферритом и цементитом.
Максимальная скорость превращения соответствует переохлаждению на 150-200оС. При этих температурах (≈ 550оС) устойчивость аустенита минимальная.
С увеличением степени переохлаждать (т.е. чем ниже температура изотермической выдержки) растет число зародышей новых зерен, число феррито-цементитных пластинок увеличивается, а их размеры и расстояния между ними сильно сокращаются. Таким образом, дисперсность образующихся фаз растет.
Перлит, сорбит, троостит представляют собой механические смеси феррита и цементита. Они различаются только по степени дисперсности. При этом повышается их твердость.
При медленном охлаждении со скоростью V1 (вместе с печью) образуется сравнительно грубая пластинчатая смесь – обычный перлит. Твердость по Роквеллу HRC =10; σв= 600 МПа.
При охлаждении на воздухе со скоростью V2 образуется сорбит, который отличается от перлита более тонкодисперсным строением HRC =20; σв= 850 МПа.
При охлаждении в масле со скоростью V3 образуется еще более высокодисперсный троостит, HRC =30; σв= 1100 МПа.
Лучшую пластичность и вязкость, а вместе с тем и прочность, имеет структура сорбита. Стали с сорбитной структурой более износостойкие. Они используются для изготовления нагруженных изделий.
Стали со структурой троостита обладают значительной упругостью и используются для изготовления пружин, рессор.