Перлитное превращение

В интервале температур перлитного превращения образуются пластинчатые структуры из кристаллов феррита и цементита, которые отличаются степенью дисперсности частиц Ф и Ц.

Дисперсность перлитных структур оценивается межпластинчатым расстоянием S соседних пластинок феррита и цементита (рис. 23).

Чтобы не спутать цементит с ферритом используют специальный травитель – пикрат натрия, который окрашивает цементит в черный цвет. Феррит при этом не окрашивается, т.е. остается светлым.

Рис. 23. Феррито-цементитная структура

Если превращение идет при температурах 650–670С, то образуется перлит, S = 6·10^-4 мм.

При температурах превращения 640–590С образуется сорбит, S = 3·10^-4 мм.

При температурах превращения 580–550С образуется троостит, S = 110^-4 мм.

Как видно из опыта с увеличением скорости охлаждения зерна феррито-цементитной смеси измельчаются все сильнее, что резко влияет на свойства. Так, например, у перлита НВ 2000, у сорбита НВ 3000. а у троостита НВ 4200, МПа.

Промежуточное (бейнитное) превращение

В результате промежуточного превращения образуется бейнит, представляющий собой структуру, состоящую из -твердого раствора несколько пересыщенного углеродом и частиц цементита. Бейнитное превращение сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного превращений. В аустените образуются объемы, обогащенные и обедненные углеродом. Обедненные углеродом участки аустенита претерпевают    превращение бездиффузионным путем (мартенситным). В объемах аустенита, обогащенных углеродом, при t = 400–550С происходит выделение частиц цементита. При t < 400С частицы цементита выделяются в кристаллах -фазы.

Бейнит, образовавшийся при температурах 400–550С называется верхним бейнитом, он имеет перистое строение с худшими механическими свойствами (пониженные _в, КСU и ).

При более низких температурах (ниже 400C) образуется нижний бейнит, он имеет игольчатое строение с лучшими механическими характеристиками (большим _в, КСU и ).

Мартенситное превращение аустенита

Мартенсит – это пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в Fe_α

Мартенсит образуется только из аустенита в результате сильного переохлаждения последнего со скоростью не менее критической скорости закалки (V_кр = – касательная к диаграмме, см. рис. 22, а).

Мартенситные пластины (иглы) образуются почти мгновенно, со скоростью более 1000 м/с, только в пределах аустенитного зерна и не переходят границу между зернами. Поэтому размер игл мартенсита зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче иглы мартенсита и структура характеризуется как крупноигольчатый или мелкоигольчатый мартенсит. Решетка мартенсита тетрагональная, т.е. периоды с  а (рис. 24).

Рис. 24. Микроструктура и кристаллическая решетка мартенсита

Механизм мартенситного превращения состоит в том, что при температурах ниже М_Н решетка аустенита, хорошо растворяющая углерод (до 2,14% С) оказывается неустойчивой, и перестраивается в решетку Fe_α, способность которой растворять углерод, очень мала (до 0,02%).

Из-за большой скорости охлаждения весь углерод находящийся в аустените (ГЦК решетка) остается зафиксированным в Fe_α (ОЦК решетка), где места для его размещения нет. Поэтому избыточный углерод искажает решетку, вызывает появление больших внутренних напряжений и, как следствие, твердость и прочность растут, а ударная вязкость и пластичность падают.

Аустенитно-мартенситное превращение сопровождается увеличением объема. Все структуры стали можно расположить (от максимального объема к минимальному) в следующий ряд: мартенсит – троостит – сорбит – перлит – аустенит.

Отличие от перлитного превращения:

1. большая скорость превращения;

2. превращение бездиффузионное, т.е. без предварительного выделения углерода и образования Fe₃C;

3. начинается превращение в точке М_Н и заканчивается в точке М_К, причем положение этих точек зависит только от химического состава сплава;

4. в структуре мартенсита всегда есть небольшое количество остаточного непревращенного аустенита (до 4%);

5. решетка мартенсита тетрагональная (а = b  с).