23. Бейнитное превращение. Механические свойства стали с бейнитной структурой.

Бейнитное превращение

Б ейнитное превращение происходит по мартенситному механизму превращения: аустенит превращается в феррит. Этому превращению предшествует перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию в нём объёмов, обогащённых и обеднённых углеродом.

У частки аустенита с низким содержанием углерода, у которых начало мартенситного превращения ММ лежит в области температур промежуточного превращения, претерпевают γ-α превращение по мартенситному механизму. В объёмах аустенита, обогащенного углеродом, в процессе изотермической выдержки могут выделяться частицы карбидов (из-за высокого пресыщения). Это, в свою очередь, приводит к обеднению этих участков аустенита углерода, и так же протекания в них превращения по мартенситному механизму. Механизм образования α фазы феррита и обуславливает игольчатую структуру – нижний бейнит. Так же, как мартенситное, бейнитное превращение не идёт до конца (аустенит, не распавшийся, будет сохраняться в виде остаточного аустенита). По структуре различают верхний бейнит – получается при распаде аустенита в интервале 550° - 350°. Его так же называют перестый бейнит.

Н ижний бейнит образуется в интервале температур 350 - 250°, имеет игольчатое, пластинчатое, или мартенсито подобное строение. Карбиды в нижнем бейните распологаются в пластинах α-феррита в виде дисперсных включений.

М еханические свойства стали с бейнитной структурой

Рассмотрим на графике зависимость.

Пластичность при переходе из перлитной области в бейнитную падает, а затем начинает возрастать при дальнейшем снижении температуры. Это связана с тем, что у верхнего бейнита частицы карбидной фазы расположены в основном по границе ферритных кристаллов в виде тонких прослоек.

В нижнем бейните частица карбида находятся внутри α-фазы в виде мелких включений (дисперсность повышает таким образом пластичность). Бейнит прочнее перлита, его прочность растёт с понижением температуры изотермического превращения. Повышение прочности бейнита обусловлено малым размером ферритных кристаллов, дисперсными частицами карбида, повышенной плотностью дислокаций (по сравнению с феррито-перлитной структурой, так как в момент превращения феррит несколько пересыщен углеродом и происходит искажение решётки).

24. Отпуск закаленных сталей, его параметры.

Отпуск закалённых сталей

Эту операцию проводят всегда после закалки. Его параметры: температура нагрева не превышает температуру А₁ (727°С), время выдержки, скорость охлаждения. Цель отпуска:

- получить необходимую структуру и свойство для конкретной детали

- снижение уровня напряжений после закалки

После закалки основная структура состоит из мартенсита + остаточный аустенит, и обязательно изделия имеют высокий уровень остаточных напряжений. При отпуске происходят следующие изменения в структуре:

- распад мартенсита с выделением карбидов

- распад остаточного аустенита (если он есть)

- уменьшение плотности дефектов кристаллического строения твёрдого раствора и уменьшения остаточных напряжений

П ри температурах отпуска 80 - 150°С происходит образование сегрегаций (скоплений) углерода, т.е. микрообъёмов с повышенным содержанием углерода. При нагреве до 250°С происходит дальнейший распад мартенсита и из него выделяется метастабильный ε-карбид (обозначается Fe_2,4C, имеет гексагональную решётку). Дисперсные частица ε-карбида когерентно связаны с решёткой мартенсита (α-твёрдого раствора). Обеднение твёрдого раствора углеродом происходит не равномерно. Сохраняются участки мартенсита (α_C1), с исходным содержанием углерода,и имеются участки (микрообъёмы) с более низким содержанием углерода (α_С2). Уменьшение содержания углерода в α-твёрдом растворе сопровождается уменьшением степени тетрагональностиα-фазы. Начиная с температуры 250°С до 400°С начинает происходить превращение ε-карбида в карбид Fe₃C. Это сопровождается нарушением когерентной связи – карбид обособляется и имеет свою границу. В момент образования карбида Fe₃Cα-фаза в этих микрообъёмах, освобождаясь от углерода, становится ферритом, и мы получаем ферритокарбидную смесь, которая называется троостит отпуска. Карбидная фаза в троостите имеет форму пластинок.

Т .е. в интервале температур 250°С - 400°С выделяется стабильный карбид Fe₃C, степень тетрагональности α-решётки полностью исчезает и мы получаем двухфазную структуру Ф + Fe­₃C. Начиная с 400°С и выше происходит изменение структуры без изменения фазового состава. Изменяется форма и размеры карбидной фазы. Происходит коагуляция (рост) с сфероидизация карбидной фазы. При температуре 500°С - 600°С – сорбит отпуска, а при 700°С – зернистый перлит.

Изменение состояния α-фазы

Начиная с температуры 400°С происходит изменение в структуре α-твёрдого раствора (мартенсита):

- уменьшение плотности дислокаций

- постепенно устраняются границы между пластинами α-фазы, зёрна α-фазы (феррит) постепенно укрупняются, форма их приближается к равноосной

- по мере повышения температуры отпуска постепенно снимается фазовый наклёп, возникший при мартенситном превращении и снижается уровень остаточных напряжений (постепенно)

Превращения (распад) аустенита

Происходит в интервале температур 200°С - 300°С: (по бейнитному механизму)

В зависимости от температуры и назначения, отпуск разделяют на 3 вида:

- низкотемпературный отпуск (150°С - 250°С)

- среднетемпературный отпуск (350°С - 450°С)

- высокотемпературный отпуск (500°С - 650°С)