6.2.4. Промежуточное (бейнитное) превращение

Бейнитное превращение протекает в интервале температур от 500°С до МН (см. рис. 33).

Механизм превращения сочетает в себе элементы диффузионного перлитного и бездиффузионного мартенситного превращений. Бейнит – феррито-цементитная смесь, в которой феррит несколько пересыщен углеродом: Б= Ф0,2%С+Ц.

В диапазоне температур переохлаждения аустенита от 500°С до 350°С образуется верхний бейнит перистого строения, с низкими показателями прочности и пластичности.

В диапазоне температур от 350°С до МН образуется нижний бейнит игольчатого (пластинчатого) строения. Нижний бейнит обладает более высокой твёрдостью и прочностью, чем продукты перлитного превращения.

Бейнитное превращение не идёт до конца, в структуре сохраняется АОСТ.

6.2.5. Превращения аустенита при непрерывном охлаждении

Если на диаграмму изотермического распада аустенита (С-кривую) нанести векторы скоростей охлаждения (рис. 37), то можно определить структуру, получаемую при охлаждении аустенита.

Продукты перлитного превращения получают непрерывным медленным охлаждением. При скорости охлаждения V1 образуется перлит, при V2 - сорбит, V3 – троостит. Эти структуры можно получить также изотермической выдержкой при соответствующей температуре переохлаждения, например, вектор V6 дает структуру сорбита.

Мартенсит получают при непрерывном охлаждении со скоростью больше критической (например, V5). При скорости охлаждения V4 часть аустенита превращается в троостит, часть, ниже точки МН, превращается в мартенсит. Таким образом, формируется структура Т+М+ АОСТ.

Бейнит в углеродистой стали получают только при изотермической выдержке: вектор V7.

Рис. 37. Диаграмма изотермического распада аустенита с нанесенными на нее скоростями охлаждения

6.2.6. Влияние легирующих элементов на распад аустенита

Легирующие элементы влияют на диффузионные процессы и на полиморфное превращение:

в присутствии легирующих элементов снижается диффузионная подвижность углерода,

диффузионная подвижность самих легирующих элементов мала,

легирующие элементы замедляют превращение.

Таким образом, легирующие элементы, находящиеся в твердом растворе, увеличивают устойчивость аустенита к распаду, т.е. сдвигают С-кривую вправо. Кроме того, легирующие элементы понижают точки начала и конца мартенситного превращения, увеличивая количество остаточного аустенита.

6.3. Превращения мартенсита при нагреве (при отпуске)

Структура мартенсита – неравновесная, поэтому нагрев приводит к её распаду с образованием более устойчивых структур (отпуску мартенсита). Основные превращения при отпуске:

Превращение мартенсита (t=100…350°C) сопровождается обеднением твердого раствора углеродом и выделением дисперсных ε-карбидов (~Fe2C):

М →Мобедн+ε–карбиды.

Распад остаточного аустенита (t=200…300°C) происходит по бейнитному механизму с образованием тех же фаз: .

Аост→Мобедн+ε–карбиды.

Получаемую при температурах до 350°C структуру называют мартенситом отпуска. Она состоит из обеднённого углеродом мартенсита и дисперсных ε-карбидов, когерентно связанных с кристаллической решеткой твердого раствора. МОТП сохраняет высокую твердость, но имеет повышенную пластичность по сравнению с мартенситом закалки.

3. Карбидное превращение (t=350…400°C). Завершается диффузионное выделение углерода из α-твёрдого раствора, одновременно ε-карбиды превращаются в цементит:

МобеднФ

ε–карбид(Fe2C)→Fe3C.

Эта высокодисперсная феррито-цементитная смесь называется трооститом отпуска. Образование Тотп сопровождается некоторым снижением прочности и твердости при повышении пластичности и вязкости.

4. Коагуляция и сфероидизация карбидов (t>500°C). Фазовый состав структуры сохраняется, но частицы цементита укрупняются и приобретают сферическую форму. Такую структуру называют сорбитом отпуска, он имеет зернистое строение. СОТП обладает высокой пластичностью, вязкостью, сопротивлением хрупкому разрушению. Твердость и прочность СОТП снижается из-за укрупнения карбидных частиц.