Бейнитную структуру

1 Подробнее о мартенситном и бейнитном превращении см. п. 4 и 5 этой ' '2 Т. е. до превращения аустенит-^мартенсит или аустенит—* бейнит.

Таким образом само -у-^а-превращсние при бейнитном превращении происходит по бездиффузионному механизму, но оно подготавливается диффузионными процессами в аустените и эти диффузионные процессы определяют скорость бейнитной реакции.

Образующаяся при бейнитном превращении а-фаза (мартенсит), пересыщена углеродом и притом тем сильнее, чем ниже температуры превращения. Поэтому сразу после у ->- «-превращения из пересыщенного ос-раствора могут выделяться частицы карбидов. Механизм образования верхнего и нижнего бейнита, в принципе, одинаков. Различие состоит в том, что в области образования верхнего бейнита вначале происходит более значительная дифференциация по концентрации углерода в кристаллах аустенита, что вызывает более сильное обогащение отдельных объемов аустенита углеродом и, следовательно, образование более обедненной углеродом а-фазы. Поэтому, в общем, структура верхнего бейнита более грубая, чему способствует также выделение карбидов главным образом из аустенита При образовании нижнего бейнита, наоборот, обогащение аустенита углеродом обычно сравнительно невелико, а пересыщение а-фазы более значительно. Поэтому карбиды выделяются главным образом в кристаллах а-фазы (рис, ИЗ), а сама структура нижнего бейнита более гонкая.

В случае изотермического распада переохлажденного аустени-та в области температур перлитного превращения эффект РТПУ проявляется слабее, чем при бейнитном превращении. Однако при реализации непрерывного охлаждения стали У8 с получением структур перлитного типа было показано, что получение структуры аус-тенита с мелким зерном и субзеренными построениями приводит к заметному росту показателей конструктивной прочности по сравнению с недеформированными образцами.

Образующаяся при бейнитном превращении a-фаза (мартенсит) пересыщена углеродом и при том тем сильнее, чем ниже температура превращения. В связи с этим сразу после у -> сс-превра-щения, если диффузионная подвижность при данной температуре достаточная, из пересыщенного a-раствора могут выделяться частицы карбидов. Механизм образования верхнего и нижнего бей-нита в принципе одинаков. Различие состоит в том, что в области образования верхнего бейнита вначале происходит более значительная дифференциация по концентрации углерода в кристаллах аустенита, что вызывает более сильное обогащение объемов аустенита углеродом и, следовательно, образование более обедненной углеродом a-фазы, поэтому выделение карбидов происходит главным образом из аустенита.

По мнению ряда исследователей, при бейнитном превращении из аустенита предварительно выделяется какое-то количество углерода, в результате чего образуются частицы карбида железа.

В заключение напомним, что образование пересыщенного твердого раствора углерода в a-Fe происходит и при бейнитном превращении аустенита, начиная с выступа С-кривых. Но в бейните в связи с образованием карбидной фазы не весь углерод оказывается растворенным в a-Fe. В связи с этим

Роль сдвиговой перестройки упаковки атомов при вид-манштеттовом превращении впервые показана на полиморфном превращении железа в низкоуглеродистой стали [42, 142]. Аналогичные наблюдения имеются и для выделения избыточного цементита в заэвтектоидной стали, при котором в определенных условиях также имеет место изменение формы [149]. В сплавах Fe — С компоненты сильно отличаются диффузионной подвижностью, что, по мнению Кристиана [133], может быть причиной упорядоченной перестройки решетки, сопровождающейся изменением состава. Этот вывод сделан на основании данных о бейнитном превращении, при котором также происходит образование поверхностного рельефа [328]. Однако условие большого различия скорости диффузии компонентов твердого раствора, по всей вероятности, не является обязательным для когерентного превращения. Его наблюдали и в системах, где это различие вряд ли имеется. Превращение с образованием поверхностного рельефа имеет место также в сплавах Cr — Ni [35], А1 — Ag [335], Си — Ti и др.

При мартенситном (бейнитном) превращении подобного перераспределения дефектов не происходит; они остаются на местах прежних аустенит-

В аустените, переохлажденном до соответствующих температур (ниже точки е), происходит диффузионное перераспределение углерода, в результате которого образуются участки аустенита, богатые и бедные углеродом. Образование концентрационной неоднородности приводит к возникновению напряжений, а так как для бедных по углероду участков мартенситная точка лежит выше температуры изотермической выдержки, то пластическая деформация приведет к 7-^-а-превращению по мар-тенситной реакции. Превращение -у^-а при бейнитном превращении по мартенситному типу является его характерной особенностью и подтверждается тем, что образование бейнита сопровождается появлением рельефа на полированном шлифе.

Таким образом само у—нх-превращение при бейнитном превращении происходит по бездиффузионному механизму, но оно подготавливается диффузионными процессами в аустените и эти диффузионные процессы определяют скорость бейнитной реакции.

Образующаяся при бейнитном превращении а-фаза (мартенсит), пересыщена углеродом и притом тем сильнее, чем ниже температуры превращения. Поэтому сразу после у -> а-превращения из пересыщенного а-раствора могут выделяться частицы карбидов. Механизм образования верхнего и нижнего бейнита, в принципе, одинаков. Различие состоит в том, что в области образования верхнего бейнита вначале происходит более значительная дифференциация по концентрации углерода в кристаллах аустенита, что вызывает более сильное обогащение отдельных объемов аустенита углеродом и, следовательно, образование более обедненной углеродом а-фазы. Поэтому, в общем, структура верхнего бейнита более грубая, чему способствует также выделение карбидов главным образом из аустенита При образовании нижнего бейнита, наоборот, обогащение аустенита углеродом обычно сравнительно невелико, а пересыщение а-фазы более значительно. Поэтому карбиды выделяются главным образом в кристаллах а-фазы (рис. ИЗ), а сама структура нижнего бейнита более тонкая.

Для сталей I группы (углеродистых и низколегированных, не содержащих карбидообразующих элементов) наиболее важный параметр — we/s- Для них в пределах практически всех способов сварки можно обеспечить ше/s < ДОф.п! и получить ферритоперлитную или перлитно-бейнитную структуру, не склонную к холодным трещинам. Поэтому для повышения сопротивляемости сварных соединений этих сталей образованию трещин эффективны повышение q/v и применение предварительного подогрева до температуры Тп —- 370...570 К. Оптимальные q/v и Тп после теплового расчета СТЦ и определения ше/s (^s/s) могут быть выбраны по диаграммам АРА.

рованных сталей. Стали с большим содержанием углерода и легирующих элементов в результате нормализации могут получить бейнитную структуру, что затрудняет их последующую механическую обработку. В этом случае после нормализации проводят отпуск при температуре 600...700 °С.

Литые корпусные детали из стали 15Х1М1ФЛ имеют бейнит-ную или феррито-бейнитную структуру с различным объемным содержанием зерен отпущенного бейнита.

а) Кольца, чугун которых после отливки имеет перлитную или перлито-феррит-ную структуру, а после термической обработки (закалки с последующим отпуском или изотермической закалки) — троосто-мартенситную, сорбитную или бейнитную структуру. Используются обычно в качестве верхних компрессионных колец в двигателях типа Серлист (США), Фиат (Италия), Перкинс (Англия) и др.

Если влияние ВТМО на статическую прочность металлов достаточно широко освещено в литературе, то влияние этой обработки на циклическую прочность изучено в значительно меньшей мере. Изучалось влияние различных режимов ВТМО на предел выносливости образцов из стали 45Х с концентрацией напряжений. При этом оказалось, что наивысшим сопротивлением усталости обладают образцы, имеющие бейнитную структуру (40 HRC9) —600 МПа. Образцы, упрочненные по схеме ВТМО (43...45 HRC3), имели сопротивление усталости 300 МПа. Сопротивление усталости образцов, имеющих сорбит-ную структуру (22...26 HRC3/), составило 410 МПа. Интересно

Очень выгодно улучшаемые конструкционные легированные стали подвергать изотермической закалке, которая создает в изделиях бейнитную структуру, отличающуюся высокой прочностью и ^ударной вязкостью.

С целью исследования превращений, протекающих в стали 20Х2М при различных скоростях охлаждения, была построена термокинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита, которая представлена на рис. 9. Видно что сталь 20Х2М можно отнести к бейнитно-мартенситной группе. Характерной чертой диаграммы является наличие широкой области бейнитного превращения, сдвинутой в направлении оси координат по отношению к ферритно-пер-литному превращению. При скорости охлаждения 12—0,2 К/с получаем бейнитную структуру, что является преимуществом материала, так как обеспечивает легкую закалку в промышленных условиях [88,89].

4.129. Переход к верхнему слою шва (справа). Участок перегрева зоны термического влияния (слева) имеет бейнитную структуру. 100 : 1, (9) табл. 2.4.

4.147. Участки перегрева в верхнем и нижнем листах имеют видманштеттову и бейнитную структуру. 100 : 1, (9) табл. 2.4.

4.161. Переход к верхнему слою шва (справа). Зона термического влияния (слева) имеет бейнитную структуру, 100 : 1, (9) табл. 2.4.

4.361. Переход от котельной стали (слева) к металлу шва, сваренному электродами KbIX/Xs (справа). Зона термического влияния стали МЫЗ имеет здесь (в среднем участке) мелкозернистую перекристаллизованную структуру, металл шва имеет бейнитную структуру с дозвтектоидным ферритом. 100 : 1, (9) табл. 2.4.