7.3 Превращение аустенита в феррито-цементитную смесь при медленном охлаждении стали

При температурах ниже 727С аустенит становится неустойчивым и испытывает превращение. Это превращение может происходить как при непрерывном охлаждении аустенита, так и при постоянной температуре его выдержки. Последнее превращение называют изотермическим распадом аустенита. Продуктом распада аустенита является феррито-цементитная смесь. Поскольку феррит с цементитом существенно отличаются по химическому составу от исходной фазы, то для процесса распада аустенита требуется достаточное время и высокая диффузионная активность атомов. Другими словами данное превращение носит диффузионный характер. С увеличением степени переохлаждения аустенита (т.е. уменьшением его температуры) скорость распада с одной стороны возрастает, а с другой стороны уменьшается, за счёт снижения диффузионной подвижности атомов. Следствием взаимодействия двух противоположенных тенденций является то, что с понижением температуры выдержки аустенита скорость его распада сначала нарастает, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться. Определив время начала и завершения распада аустенита при различных температурах его выдержки, строят диаграмму изотермического распада аустенита. Диаграмма изотермического распада аустенита для эвтектоидной стали выглядит следующим образом:

T,С

1

727

650-700С перлит

2

600-650С сорбит

отжиг

3

550-600С троостит

4

< 550 С бейнит

250

М_н

v_кр

0

5

ln t

-50

М_к

6

закалка

Рис 7.2. Диаграмма изотермического распада аустенита.

Здесь по оси X отложено время (натуральный логарифм времени). Точки, отражающие время начала и завершения процесса распада аустенита при различных температурах его выдержки, образуют на диаграмме С-образные кривые. Горизонтальная линия М_Н отражает температуру начала мартенситного превращения аустенита, а М_К - температуру завершения этого превращения.

На рассматриваемой диаграмме выделяют 6 характерных областей:

1. Область устойчивого аустенита.

2. Область переохлажденного, не устойчивого аустенита.

3. Область превращения аустенита в феррито-цементитную смесь.

4. Область завершившегося превращения аустенита в феррито-цемент- итную смесь.

5. Область мартенситного превращения аустенита.

6. Область мартенсита.

Из диаграммы распада видно, что с увеличением степени переохлаждения аустенита его неустойчивость сначала возрастает, а затем, достигнув максимума, начинает уменьшаться. Наиболее неустойчивым оказывается аустенит при температурах на 150 - 200С ниже линии 727С.

Диаграмма изотермического распада аустенита позволяет установить конечную структуру стали после ТО, если известна температура её выдержки или скорость охлаждения. Если переохлажденный аустенит выдерживать при температуре 650 - 700С, он превращается в перлит. При температурах выдержки аустенита от 600 до 650С образуются более мелкие пластины феррита и цементита. Такую смесь феррита с цементитом называют сорбитом. При более низких температурах выдержки (550 - 600С) образуются еще более мелкие пластины феррита и цементита. Такую смесь называют трооститом.

Перлит, сорбит и троостит являются, по сути, механической смесью феррита с цементитом и отличаются друг от друга только размером зёрен или иначе степенью дисперсности. Чем выше степень дисперсности, тем тверже и прочнее материал.

При температурах выдержки аустенита ниже 550С образуется бейнит. Бейнит отличается от троостита более высоким (неравновесным) содержанием углерода в феррите. Это объясняется снижением диффузионной подвижности атомов углерода при низких температурах, в результате чего избыточный углерод не успевает покинуть -железо. Если пластины перлита растут в относительно мягком аустените и приобретают округлую форму, то пластинки бейнита растут в относительно жесткой матрице аустенита, и поэтому приобретают резкую, игольчатую форму. Бейнит иногда называют игольчатым трооститом.