Аустенита образуется

Точка S (727°С) показывает минимальную температуру равновесного существования аустенита. При этой температуре начинается эвтектоидный распад аустенита, образование феррита и цементита.

1 Такие процессы, как распад перенасыщенного твердого раствора углерода в «-железе, распад остаточного аустенита, образование карбидов, их превращения и коагуляция, рекристаллизация и рост зерен феррита — рассматриваются как диффузионные (см. например [1.13]).

и рентгеноструктурные исследования, размеры кристаллов мартенсита и блоков после НТМО в несколько раз меньше, чем после обычной закалки. В процессе деформации метастабильного аустенита происходит дробление исходных зерен аустенита, образование большого количества новых блоков и дефектов решетки (дислокаций). За время промежуточных подогревов при НТМО в районе температуры 550° С дислокации частично перемещаются по объему металла, однородные дислокации выстраиваются в стенки, образуя границы полигонов. Поли-гонизация упрочняет сталь. Дальнейшая деформация вызывает образование множества упругодеформированных блоков, также в той или иной степени разориентированных относительно друг друга. Такие структурные изменения приводят к упрочнению аустенита и имеют большое значение для формирования мартенсита. При охлаждении после пластической деформации кристаллы мартенсита образуются уже не в пределах крупных зерен аустенита, а в пределах мелких блоков деформированного аустенита. Кристаллы мартенсита и внутри их блоки получаются малых размеров. При этом возрастает плотность дислокаций.

1 — с'устеяит; // — образование зародьашл цементита ка границе зерна аустенита; /// — образование пластин цементита и феррита; IV—VI — рост и образование новых пластин цементнча а феррита (перлита); VII — перераспределекке углерода при образовании пер.пкта, I — высокая коы'.еитрация -углерода — цеиеитнт (.6,о? % С.); 2 — «.какая концентрация углерода — феррит (<0,02 % С)

ОБРАЗОВАНИЕ АУСТЕНИТА 181

Образование аустенита при непрерывном нагреве происходит следующим образом:

Фиг. 123. Образование перлита в зерне аустенита:

Образование перлита, содержащего пластинки цементита и феррита, связано с увеличением объема (по сравнению с объемом аустенита), поэтому оставшиеся зоны аустенита подвергаются давлению и возникающие вследствие этого напряжения вызывают дефекты в решетке аустенита и тем способствуют образованию новых пластинок цементита, а следовательно, и феррита, но уже с другой ориентацией (фиг. 123, б). Этот процесс повторяется до тех пор, пока аустенит полностью не превратится в перлит.

— остаточный 203 Аустенита образование 179

Точка 5 (727°С) показывает минимальную температуру равновесного существования аустенита. При этой температуре начинается эвтектоидный распад аустенита, образование феррита и цементита.

Образование в межкритическом интервале в неравновесных объектах очень большого количества аустенита, более чем в два раза превышающего определяемое из диаграммы, и последующий распад избыточного количества -уФазы дают основание рассматривать этот аустенит как метастабильное состояние и с точки зрения его состава. Простейшие оценки показывают, что, например, для порошковых объектов, в которых количество аустенита при 750°С достигает 60 % вместо равновесных 22 — 25 %, концентрация углерода в 7-фазе при условии полного растворения карбидов должна быть примерно в 2,5 раза меньшей, чем следует из диаграммы состояния, т.е. ~ 0,2 вместо 0,55 %. Металлографические же исследования свидетельствуют, что при таком большом количестве аустенита в структуре нередко еще наблюдаются и нерастворившиеся карбиды. Это позволяет считать, что содержание углерода в т-фазе еще ниже, т.е. что в результате а ->• 7-превращения в неравновесных объектах образуется малоуглеродистый аустенит в соответствии с термодинамическими соображениями, изложенными в гл. I (см. рис. 3, б).

Дальнейшее охлаждение стали ниже температуры превращения Л с, приводит к образованию эвтектоидной смеси феррита и цементита — перлита. Вторичная кристаллизация сопровождается значительным увеличением числа зерен, так как в пределах первичного зерна аустенита образуется несколько зерен перлита и феррита. Это благоприятно влияет на механические свойства стали. С увеличением в стали содержания углерода количество перлита возрастает. Одновременно может наблюдаться и рост величины зерен. Количество и строение перлитной фазы зависит также от скорости охлаждения металла шва.

ному), так и мартенситному (бездиффузионному) превращению. В результате превращения переохлажденного аустенита образуется структура, получившая название бейнита 1.

(больших) садок изотермический отжиг обычно не применяется. Патента рование После предыдущего холодного волочения проводят аустенитизацию и изотермическую обработку с выдержкой при 450—550 "С перед последующим волочением проволоки. В результате распада аустенита образуется тонкопластинчатый сорбит. Такая структура и отсутствие избыточного феррита позволяют при холодной протяжке давать большие обжатия без обрывов. Проволока из стали с 0,45—0,9 % С, после патентирования и заключительного холодного волочения сильно упрочняется.

При охлаждении углеродистой стали в верхнем интервале температур из аустенита образуется перлит. Перлитное превращение после некоторого инкубационного периода вначале развивается медленно, а после длительной выдержки протекает с большой скоростью. При достаточной выдержке оно завершается полным распадом аустенита (рис. 8.14). С увеличением степени переохлаждения продолжительность инкубационного периода вначале уменьшается до минимума, а затем возрастает. При небольшом переохлаждении ниже точки Аг< аустенит может распадаться на феррит и графит. Между тем образование графита

Второй вариант прочностного азотирования основывается на выдержке выше эвтектоидной температуры. В начале азотирования образуется азотистый феррит с насыщением. Дальнейшее повышение содержания N в поверхностном слое вызывает образование азотистого аустенита. После насыщения аустенита образуется v'-нитрид, а затем е-нитрид.

Если ТМО стали проводится в условиях деформирования переохлажденного аустенита, то упрочнение вызывается в основном теми же факторами, что и в первом случае. В результате пластической деформации внутри зерен аустенита образуется много блоков [19] с высокой плотностью дислокаций, благодаря чему при последующей закалке получается высокодисперсная ориентированная структура мартенсита, насыщенная

МАРТЕНСИТ — структурная составляющая стали, образующаяся при резком охлаждении после нагрева выше кри-тич. точки. В каждом зерне исходного аустенита образуется большое число кристаллов М., к-рые имеют центрированную тетрагональную решетку, близкую к решетке а-железа. М. имеет, как правило, форму вытянутых пластин (игл), его отличит, особенность — высокая твердость. Мартенситная структура обнаружена и при закалке (быстром охлаждении) ряда металлов (кобальт, титан, цирконий, литий) * темп-ры выше точки полиморфного превращения. В нежелезных сплавах структура М. была найдена в результате превращения (закалки) 3-фазы эвтектоидных сплавов Си—А1, Си—Sn и р-фазы сплавов Си—Zn, Р-^О превращения в сплавах на основе титана, циркония и кобальта, в сплавах Li—Mg.

Изучение Кинетики йндуКционногб нагрева спеченных сталей позволило получить значения температур начала образования аусте-т нита, приблизительно соответствующие средней температуре перегиба в точке Кюри феррита. Приблизительная температура окончания фазовых превращений была определена по закалочным рядам и с помощью изучения структуры после закалки. Нагрев образцов по экспериментально установленному оптимальному режиму (v\\ ?& л# 400 град/сек, t3SK = 1000—1050° С) обеспечивает образование аустенита, зерна которого в 2,3 раза меньше зерен аустенита в спеченной стали. После закалки такого аустенита образуется структура мелкокристаллического мартенсита. Кроме того, в высокоуглеродистых металлокерамических закаленных сталях вокруг пор наблюдаются нетравящиеся белые участки с высокой микротвердостью (до 800 кГ/мм*), представляющие собой насыщенные углеродом объемы мартенсита.

Аустенит стали любого состава при достижении 723° С содержит 0,83% углерода (точка 5). В результате превращения при дальнейшем охлаждении из аустенита образуется механическая смесь из феррита и цементита (при нагреве из феррито-цементитной смеси образуется аустенит). Это превращение, подобно эвтектическому, протекает при постоянной температуре (723°), соответствует определённому фазовому составу (0,83% С) и отличается от эвтектического образованием смеси не из жидкого расплава, а из твёрдого раствора. Превращение названо эвтектоидным, а образующаяся смесь—перлитом.

Растягивающие напряжения могут также ускорять структурные превращения в аустенитной нержавеющей стали, а это существенным образом влияет на процесс коррозионного растрескивания 111,92; 111,99. В большинстве исследований коррозионное растрескивание рассматривается с точки зрения нестабильности аусте-нита в нержавеющих сталях. По представлениям Д. Д. Харвуда [111,71] мартенсит является более анодной фазой, чем аустенит, в результате распада которого он образовался. Аустенитная нержавеющая сталь 18-8 имеет неустойчивую структуру, в частности, при наличии растягивающих напряжений при распаде аустенита образуется мартенсит. Структурные превращения сопровождаются увеличением объема. Если распаду подвергать только часть аусте-нита, то в металле возникают механические напряжения [111,98].

Полный (смягчающий) отжиг заключается в нагреве стали до температур на 30—50 °С выше температур, соответствующих на диаграмме Fe—Fe3C критическим точкам Ас3 (линия GS), и выдержке с последующим медленным охлаждением (в печи) со скоростью 20—50 °С/ч. Этому виду отжига подвергают доэвтектоидную (конструкционную) сталь для создания мелкозернистой структуры, что способствует повышению вязкости, снижению твердости и повышению пластичности, а также снятию внутренних напряжений (например, в зоне сварного шва). При нагреве крупная исходная ферритоперлитная структура дрэвтектоидных сталей превращается в мелкую структуру аустенита. При последующем медленном охлаждении из мелкозернистого аустенита образуется мелкая ферритоперлитная структура.