Перлитное превращение.

Перлитная область распространяется на интервал температур от критической точки Аr до (~550 °С). Распад аустенита с образованием перлита (эвтектоидный распад) является диффузионным процессом и развивается в результате флуктуации состава (неоднородности в распределении углерода в аустените). Как любой диффузионный процесс (например, кристаллизация жидкости) распад аустенита происходит путем возникновения зародышей (ч. з) и роста их с определенной скоростью (с, р). В аустените (рис.31,а), оказавшемся в неравновесном состоянии при температуре ниже Аr углерод диффундирует к наиболее дефектным местам кристаллической решетки, к местам скопления вакансий вблизи границ зерен. Поэтому зародыши цементита образуются по границам зерен аустенита (рис. 31,б).

Рис.31. Последовательные стадии образования перлитных зерен в зерне аустенита

Рост зародышей цементита происходит вследствие диффузии углерода из прилегающего аустенита, что приводит к обеднению углеродом аустенита, окружающего образовавшиеся пластинки цементита, и способствует превращению его в феррит за счет полиморфного превращения решетки. Поэтому рядом с пластинками цементита образуются пластинки феррита (рис.31,в). Дальнейшее утолщение ферритных пластинок ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом, что приводит к зарождению новых пластинок цементита (вдоль границы аустенита) или к росту уже имеющихся. Таким образом, возникают участки перлита, называемые перлитными колониями, в которых пластинки цементита и феррита расположены параллельно.

При дальнейшем росте перлитной колонии эти пластинки удлиняются (краевой рост) (рис.31,г) и присоединяют новые пары пластинок (цементита и феррита), параллельные исходным (боковой рост, рис. 31,д). При краевом росте вблизи фронта распада аустенит неоднороден: у торца цементитной пластинки концентрация углерода низкая, а у торца ферритной пластинки — высокая. Такой перепад концентраций в аустените обеспечивает диффузионный перенос углерода вдоль фронта распада путем его диффузии в аустените от мест обогащения возле феррита к местам обеднения возле цементита, что обеспечивает продолжение роста пластинок цементита и феррита. Такой процесс роста (краевого и бокового) перлитных колоний происходит до их столкновения, срастания и превращения всего аустенита в перлит. Структура, состоящая из чередующихся параллельных пластинок феррита и цементита, характерна для всей перлитной области. Разница заключается только в том, что с увеличением переохлаждения ниже 727°С (с понижением температуры изотермической выдержки) увеличивается число зародышей на границах аустенитного зерна, пластинок феррита и цементита оказывается больше, они становятся более тонкими и искривленными. Межпластиночное расстояние под которым понимают сумму толщин двух соседних пластинок феррита и цементита, уменьшается. С уменьшением межпластиночного расстояния значительно изменяются механические свойства — повышается прочность и твердость и уменьшается пластичность. Под перлитом понимают продукты эвтектоидного распада аустенита, образующиеся при температурах 650—700^°С (ℓ₀ = 0,6—1,0мкм; НВ 180—250;). Если аустенит переохлажден до 600—650°С и при этих температурах распадается, то образующаяся более мелкая феррито-цементитная смесь называется сорбитом ℓ₀=0,25—0,3мкм; НВ250—350).

При переохлаждении аустенита до 500 - 600°С образуется еще более мелкая феррито-цементитная смесь, называемая трооститом (ℓ₀ = 0,1—0,15 мкм; НВ 350—450).

При изотермическом превращении аустенита доэвтектоидных сталей процесс начинается с образования избыточного феррита. Так как растворимость углерода в -железе значительно меньше, чем в -железе, то превращению аустенита в феррит предшествует диффузия углерода (от периферии в глубь зерна), в результате чего участки аустенита, обедненные углеродом, превращаются в феррит, а аустенит обогащается углеродом (рис.32).

При небольшой степени переохлаждения (при температуре немного ниже точки Аr) углерод диффундирует в глубь зерна до тех пор (все с большим образованием феррита), пока аустенит не обогатится до содержания 0,8 % С, после чего происходит перлитное превращение (рис. 32,а).

Рис.32. Последовательные стадии распада аустенита доэвтектоидной стали при разных температурах изотермической выдержки(разных степенях переохлаждения)

С повышением степени переохлаждения (с понижением температуры) изотермическое превращение ускоряется, диффузия углерода протекает в меньшей степени, избыточного феррита образуется меньше и получающаяся феррито- цементитная смесь содержит углерода меньше 0,8 % (рис.32,б). При еще большем понижении температуры, диффузия углерода значительно уменьшается и аустенит распадается без образования избыточного феррита. Получается феррито-цементитная смесь (троостит) с таким количеством углерода, которое содержит данная доэвтектоидиля сталь (рис.32,в).

При изотермическом превращении заэвтектоидпой стали процесс аналогичен; разница только в том, что вместо избыточного феррита из аустенита выделяется избыточный цементит и аустенит обедняется углеродом. Как правило, образовавшаяся феррито-цементитная смесь содержит более 0,8 % углерода.

Получающаяся при распаде аутенита феррито-цементитная смесь, содержащая углерода меньше (или больше) 0,8 %, называется квазиэвтектоидом (ложным эвтектоидом).