Переохлажденного аустенита

При переохлаждении аустенита ниже Агг длительность инкубационного периода будет зависеть от температуры переохлаждения. При некоторой температуре Тт наблюдается наименьшая устойчивость аустенита, и через время ?mjn при выдержке при этой температуре полностью заканчиваются все превращения. При всех других температурах переохлаждения время инкубационного периода больше, поэтому температуру Тт называют температурой наименьшей устойчивости аустенита. При использовании кривых изотермического распада аустенита для оценки закаливаемости стали в условиях непрерывного охлаждения при сварке необходимо в эти кривые внести некоторые поправки.

При переохлаждении аустенита до температуры, равной или ниже мартенсиной точки (7И„), соответствующей температуре начала превращения переохлажденного аустенита в мартенсит (рис. 101, б), диффузионные процессы полностью подавляются и образование структуры, состоящей из феррита и цементита, становится невозможным. В этом случае протекает бездиффузионное превращение аустенита в структуру закаленной стали, называемую мартенситом.

Образование мартенсита становится возможным лишь тогда, когда его свободная энергия будет меньше свободной энергии аустенита. Это имеет место при переохлаждении аустенита до температуры ниже Т„ (рис. 108, а) *2. Для начала мартенситного превращения требуется болылое переохлаждение аустенита (точка М„ на рис. 108), при котором значение разности объемной свободной энергии Д/7,^ аустенита и мартенсита будет больше приращения поверхностной

При переохлаждении аустенита до температуры Л1 его свободная энергия практически равна свободной энергии стабильных низкотемпературных фаз, поэтому его поевращение в этих условиях не может протекать При реальных скоростях охлаждения, когда аустенит переохлаждается до температур ниже Alt он становится метастабиль-ным и превращается в более стабильные структуры.

ACl (для эвтектоидной - стали). При переохлаждении аустенита ниже точки Аг, (обозначается А/) он распадается, увеличивается из-мельченность продуктов распада, повышается их твердость (рис. 8.11).

ванных сталей. При условии W^>WM происходит полное мер-тенситное превращение, при Шб/5>оУМ1 — частичное мартенсит-ное в оставшейся части аустенита после других более высокотемпературных превращений. Превращение бездиффузионно и происходит при переохлаждении аустенита до температур, при которых диффузионные перемещения атомов железа практически прекращаются, а углерода существенно замедляются. Оно начинается и заканчивается при постоянных для сталей данного состава температурах Тк.нТи.к, не зависящих от скорости охлаждения. Превращение протекает по сдвиговому механизму. Мартенситные пластины образуются вдоль плотноупакованных октаэдрических плоскостей ГЦК решетки аустенита, которые наиболее близки по атомному строению к плоскостям с максимальной упаковкой в ОЦК решетке мартенсита. В результате кратчайших кооперативных атомных смешений (эквивалентных сдвиговой деформации) ГЦК решетки аустенита превращаются в объемно-центрированные тетрагональные решетки мартенсита. Превращение мартенсита не сопровождается выделением углерода из твердого раствора, который после превращения становится пересыщенным. Атомы углерода, расположенные в аустените в сравнительно свободных пустотах вдоль ребер ГЦК. решетки, оказываются на гранях ОЦК решетки. Они препятствуют сдвиговой деформации при превращении, в результате чего тетрагональная решетка мартенсита искажается. Чем выше содержание углерода, тем больше тетрагональность решетки. Твердость мартенсита определяется содержанием углерода в стали и практически не зависит от содержания легирующих элементов (13.23). Мартенситное превращение аустенита не бывает полным — в структуре всегда остается от 2 до 10% остаточного аустенита (Л0).

Охлаждение после отжига должно быть достаточно медленным, чтобы обеспечить перекристаллизацию при небольшом переохлаждении аустенита ниже А\. Обычно для углеродистых сталей охлаждение со скоростью 200°С/ч является вполне достаточным, для низколегированных сталей скорость должна быть снижена до 100°С/ч и для высоколегированных - скорость охлаждения должна быть еще меньше и составлять примерно 50°С/ч.

нает распадаться с образованием более стабильных структур. Область, лежащая левее кривой начала распада аустенита, определяет продолжительность инкубационного периода. В этой области существует переохлажденный ау-стенит, практически не претерпевающий заметного распада. При переохлаждении аустенита ниже температуры начала мартенситного превращения (Мн) начинается бездиффузионное превращение аустенита в структуру закаленной стали - мартенсит. При температуре конца мартенситного превращения (Мк) заканчивается превращение аустенита в мартенсит.

При содержании титана до 0,2% вторичная кристаллизация характеризуется образованием очень тонкого эвтектоида, что свидв' тельствует о переохлаждении аустенита. Практически 0,1—0,2%— Ti достаточно для переохлаждения чугуна, увеличения количества аустенита за счет уменьшения эвтектики и получения мелкозернистого строения.

Последовательность технологических операций при упрочнении конструкционных сталей по третьему способу, названному низкотемпературной термомеханической обработкой (НТМО), близка к первому. Она заключается в аустенитизации при температуре 1000—1100° С, переохлаждении аустенита и деформации с обжатием 75—95% при температуре 400—600° С, закалке на мартенсит и низком отпуске (100—200° С).

При переохлаждении аустенита в область низких температур он претерпевает мартенситное превращение, т. е. образуется структура закаленной стали — мартенсит.

На рис. 187 показано время превращения аустенита в перлит в зависимости от степени переохлаждения, т. е. превращение переохлажденного аустенита при постоянной температуре. Поэтому такие диаграммы обычно называют диаграммами изотермического превращения аустенита. Кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита имеют вид буквы С, поэтому их часто называют С-образными или просто С-кривы-ми1.

Рассмотрим превращения в условиях переохлаждения. Линия SE диаграммы железо—углерод указывает границу предельного насыщения аустенита цементитом; значит, цементит может выделяться из аустенита лишь правее линии SE и, очевидно, правее продолжения этой линии вниз в области переохлажденного аустенита. Аналогичное значение имеет и продолжение линии GS как границы предельного насыщения переохлажденного аустенита ферритом.

Эвтектоид, образовавшийся из переохлажденного аустенита и имеющий концентрацию, отличную от эвтектоидной, называется квазиэвтек-тоидом.

Бейнитное превращение переохлажденного аустенита происходит в температурном интервале, расположенном ниже перлитного, но выше мартенситного интервала, поэтому его часто

Попов А. А., Попова А. Е. Изотермическая и термокинетическая диаграммы распада переохлажденного аустенита. Свердловск, Машгиз, 1961. 430 с. с ил.

Таким образом, в сталях, легированных карбидообразующи-ми элементами (хром, молибден, вольфрам), наблюдаются два максимума скорости изотермического распада аустенита, разделенных областью относительной устойчивости переохлажденного аустенита. Изотермический распад аустенита имеет два явно выраженных интервала превращений — превращение в пластинчатые (перлитное превращение) и превращение в игольчатые (бейнитные превращения) структуры.

1 Установлению причины замедляющего действия легирующих элементов на распад переохлажденного аустенита посвящен ряд обстоятельных иссле-допаний (В. С. Садовский, М. Е. Блантер, Р. И. Энтин, Р. Мел, А. Хультгрен и др.). Замедление распада аустенита следует объяснить рядом факторов, но главным является, по-видимому, то, что при перлитном превращении в легированной стали требуется диффузия легирующих элементов для образования карбида, тогда как в углеродистой стали для образования цемента ~ _"' требуется только диффузия углерода.

Низколегированные стали, как и углеродистые, следует закаливать в воде (и лишь при малых размерах — в масле), так как малая устойчивость переохлажденного аустенита в районе перлитного распада (около 600°С делает необходимым быстрое охлаждение при закалке.

Разная степень упрочнения при термической обработке объясняется получением разных структур вследствие различий в кинетике распада переохлажденного аустенита (рис. 295).

переохлажденного аустенита

Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами время—температура—степень распада или диаграммами изотермического превращения аустенита, т. е. превращения, протекающего при постоянной температуре 1.