2.1. Краткие теоретические сведения

Рассмотрим превращение переохлажденного аустенита на примере эвтектоидной стали (0,8 % углерода). При охлаждении аустенита ниже критической температуры Ас₁ (линии PSK, 727°С) он теряет устойчивость и происходит его перекристаллизация (за счет полиморфного превращения γ-Fе в α-Fe). В зависимости от температуры превращения (степени переохлаждения) процессы распада переохлажденного аустенита происходят по диффузионному (перлитное превращение) и без диффузионному механизмам (мартенситное превращение), имеет место также промежуточное (бейнитное превращение).

Превращение переохлажденного аустенита можно осуществить в изотермических условиях, т.е. при постоянной температуре и при непрерывном охлаждении с заданной скоростью. Изотермическое превращение аустенита описывается диаграммами изотермического превращения.

2.1.1. Диаграмма изотермического превращения аустенита

Для изучения структурного превращения стали ее нагревают до аустенитного состояния, а затем быстро охлаждают до определенного значения температуры (700, 600, 500 С и т. д.), при которой выдерживают до полного распада переохлажденного аустенита. Кинетику процесса исследуют по термокинетическим кривым, построенным в координатах: процент превращения – время (Рис. 2.1 а). В течение некоторого промежутка времени аустенит не распадается (это время называется инкубационным периодом – точки а₁, а₂,…,а₅, соответствующие времени начала превращения). Затем начинается образование ферритоцементитной смеси, которое заканчивается через промежуток времени, соответствующему положению точкам б₁, б₂,…,б₅, на термокинетических кривых.

Время начала и конца распада аустенита при постоянных значениях температуры переносят на координатное поле: температура – логарифм времени, с, строят диаграмму изотермического превращения аустенита данной стали. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали (0,8 % С) представлена на рис. 2.1.

Две горизонтальные линии соответствуют температуре перлитного A₁ и температуре начала мартенситного М_н превращений. Левая кривая характеризует время начала превращения, а правая – время конца превращения аустенита в интервале температуры A₁ – М_н. Кривые по форме подобны русской букве «С», и поэтому их, а иногда и диаграмму, называют С-образными.

Область, лежащая слева от кривой начала распада аустенита, определяет продолжительность инкубационного периода. В интервалах температуры и времени, определяемых этой областью, существует переохлажденный аустенит. С увеличением степени переохлаждения аустенита его устойчивость уменьшается, достигает минимума при 550°С, затем вновь увеличивается.

Продуктами диффузионного распада аустенита в области температуры от A₁ до 550°С является ферритоцементитная смесь пластинчатого строения (перлит, сорбит, троостит). От температуры 550°С до М_н образуется ферритоцементитная смесь игольчатого строения – бейнит (игольчатый троостит). При переохлаждении аустенита ниже точки М_н происходит его бездиффузионнное превращение в структуру закаленной стали – мартенсит. Таким образом, в зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области превращения: перлитную, бейнитную (промежуточную) и мартенситную (см. рис. 2.1).

Практическое значение диаграммы состоит в том, что она позволяет установить, с какой скоростью, в каком охладителе нужно охладить данную сталь, чтобы получить структуру с заданными свойствами.

Рис. 2.1. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали и схема ее построения (слева)