Превращении аустенита

необходимо для образования а-кристаллов концентрации Р. Поэтому перитектическое превращение заканчивается исчерпанием р-твердого раствора, и оставшаяся жидкость в интервале между точками 2'—3 кристаллизуется в а-фазу. При этом концентрация жидкости изменяется по кривой С—а, а концентрация образующихся а-кристаллов — по Р—3 (рис. 100).

период инертности. Точка а на кривой показывает момент, когда обнаруживается начало превращения (обычно это соответствует образованию 1 %, перлита). На кривой степень превращения — время (рис. 186) видно, что скорость превращения возрастает по мере того, как развивается превращение. Максимум скорости превращения соответствует примерно тому времени, когда превратилось ~50°/о, аустенита. В дальнейшем скорость превращения уменьшается и, наконец, превращение заканчивается (точка в).

Скорость превращения зависит от степени переохлаждения. При малых и значительных переохлаждениях превращение происходит медленно, так как малы значения с. к. и ч. ц. (см. рис. 184); в первом случае — из-за малой разности свободных энергий, во втором — из-за малой диффузионной способности атомов. При максимальной скорости превращения кинетические кривые идут круто вверх и превращение заканчивается за малый отрезок времени.

Следует указать, что по горизонтали шкала логарифмическая. Это сделано для удобства изображения, так как слишком различны скорости образования перлита около критической точки и у изгиба кривой. В первом случае (для углеродистой стали) превращение заканчивается через несколько десятков минут (тысячи секунд), а во втором случае оно происходит за одну — две секунды.

ется и превращается в цементит (Fe3C). Сумма этих изменений характеризует так называемое третье превращение при отпуске. Другими словами, в третьем превращении при отпуске происходит ряд изменений, приводящих к снятию внутренних напряжений и карбидным превращениям. При 400°С третье превращение заканчивается, и сталь состоит из феррита и цементита. Дальнейшее повышение температуры приводит ,к коагуляции частиц феррита и цементита, что легко наблюдать по микроструктуре при больших увеличениях.

Ввиду высокого содержания легирующих элементов н низкого содержания углерода охлаждение при закалке можно осуществлять с любой скоростью без опасения образования не-мартенситных продуктов превращения аустенита. В наиболее распространенной по составу стали типа «стареющий мартенсит» с <0,03% С; 18% Ni; 10% Со; 5% Мо; 0,5% Ti; 0,1% Al мартенситное превращение начинается при 150—200°С и заканчивается практически полностью (<10% остаточного аустенита) при комнатной температуре. При содержании никеля более 18% мартенситное превращение заканчивается в области отрицательных температур, для этих сталей требуется обработка холодом, но, правда, свойства получаются более высокие (см. дальше).

При температуре t& (точка п3) аллотропическое превращение заканчивается, и при более низкой температуре сплав имеет однофазную структуру а-твердого раствора. В сплавах, находящихся

ванометра 4 перемещает луч в вертикальной плоскости, а зеркало гальванометра 6 остаётся в покое. Когда превращение заканчивается, разность температур в эталоне и обгазце постепенно убывает и луч света начинает пере-

При 350 — 400° превращение заканчивается, и дальнейшее повышение температуры приводит к коагуляции частиц феррита и цементита.

К образовавшемуся кристаллику цементита диффундируют атомы углерода. Кристаллик растет. Ввиду того, что в ближайшей окрестности цементитного кристаллика содержание углерода уменьшается вследствие притока к нему углерода, создаются благоприятные условия для образования рядом с ним кристалликов феррита. В процессе роста кристаллов феррита углерод оттесняется. Содержание его в областях, -непосредственно примыкающих к ферритньш кристалликам, увеличивается. Так создаются благоприятные условия для образования новых кристаллов цементита. Одновременно с увеличением числа пластинок феррита и цементита происходит рост пластинок вдоль. Наряду с ростом старых центров кристаллизации происходит образование новых. Превращение заканчивается тогда, когда все зерно аустенита превратится в зерна перлита. Процесс эвтектоидной кристаллизации из твердого раствора аналогичен процессу эвтектической кристаллизации из жидкого раствора.

4. Мартенситное превращение протекает в определенном температурном интервале. При охлаждении оно начинается при некоторой фиксированной температуре Л1Н, которая мало зависит от скорости охлаждения. По мере понижения температуры все большее количество аустенита превращается в мартенсит до тех пор, пока не будет достигнута температура Мк, при которой превращение заканчивается (рис. 114). Температура начала мартенситного превращения Мн обычно лежит значительно ниже температуры термодинамического равновесия фаз Т0. По расчетам Коэна Т0 в эвтектоидной стали находится при 458° С, а Мн = 285°С, когда AF = 1,34 кдж/моль (320 кал/моль). Как указывалось ранее, величина AF определяется суммарным вкладом трех энергий (объемной, поверхностной и упругой). Превращение становится возможным, когда AF ^ Д/V + Д^ s + +AFE. В данном случае большое значение А/7 обусловлено главным образом вкладом упругой энергии.

При превращении аустенита в перлит по диффузионному механизму пост кристаллов новых Ф*3 сопровождается оттеснением дефектов строения к гпанииам зерен другими словами, дефекты (дислокации, вакансии, при-месные атомы? ^^располагавшиеся по границам аустенитных зерен, пе-

Раньше мы приводили лишь схемы диаграмм превращения аустенита. Для полной информации о превращении аустенита той или иной марки стали необходимо обе диаграммы и ряд дополнительных сведений: марка и состав стали, температура нагрева, размер зерна аустенита, а также свойства (хотя бы твердость) продуктов распада и соотношение структурных составляющих. Это мы видим на рис. 200, где приведены диаграммы изотермического и анизотермичесшго превращения аустенита стали марки 40Х.

Исходной является структура закаленной стали, состоящая из тетрагонального мартенсита и аустенита. Мартенсит является структурой, обладающей наибольшим объемом, а аустенит — структурой с минимальным объемом, поэтому превращения должны совершаться с объемными изменениями. При превращении мартенсита объем будет уменьшаться (сжатие образца), а при превращении аустенита —увеличиваться (расширение образца).

Мартенсит может образовываться и при изотермическом превращении аустенита. Так у сталей с мартенситной точкой ниже 100° С количество мартенсита может достигать десятков процентов.

При промежуточном превращении аустенита вследствие у->-а-пе-рехода возникает а-фаза.

Эти структуры обладают большим удельным объемом и меньшим коэффициентом термического расширения. Поэтому при превращении аустенита в мартенсит(или в другие структуры закал- ан

Второе превращение - при охлаждении стали - состоит в превращении аустенита в перлит или перлитоподобные продукты. Третье превращение происходит при быстром охлаждении стали (закалка), когда аустенит превращается в мартенсит. Четвертое превращение заключается в разложении мартенсита при отпуске закаленной стали, при этом в зависимости от температуры отпуска получаются различные структуры, которые будут рассмотрены ниже. Любой технологический процесс термической обработки стали состоит из соответствующих комбинаций этих четырех превращений.

Все приведенные в справочнике конструкционные легированные стали имеют меньшую или большую флокеночувствительность после горячей обработки давлением. В литом состоянии все стали обычно не имеют флокенов, поскольку в этом случае имеется достаточно большое количество усадочных пор — резервуаров, в которые может выделяться водород з молекулярном состоянии при превращении аустенита и не создавать таких больших давлений в них, которые могли бы способствовать образованию флокенов при определенных температуре и времени. ,

Деформированный металл имеет большую плотность, и поэтому в нем развиваются при определенных условиях флокены, причем, флокены развиваются при температурах ниже 100—150° С не сразу, а по истечении определенного времени в зависимости от химического . состава стали и образующейся структуры при превращении аустенита, т. е. существует так называемый инкубационный период для их образования. Дальнейшее их развитие, т. е. увеличение размеров флокенов, происходит во времени. ч

Экстремум на диаграмме конструктивной прочности был обнаружен также и при изотермическом превращении аустенита в интервале температур 250—450°С (рис. 8.17). Наибольшие значеция^вяз-кости разрушения стали со структурой бейнита соответствуют температуре распада переохлажденного аустенита, равной 350°С. Снижение температуры распада до 250°С ведет к росту предела текучести и уменьшению значений вязкости разрушения. Это связано главным образом с увеличением содержания углерода в а-фазе и увеличением степени блокировки дислокаций внедренными атомами углерода. Уменьшение пластичности ферритной матрицы затрудняет протекание релаксационных процессов в вершине трещины и увеличивает скорость ее распространения, снижая тем самым сопротивление стали хрупкому разрушению. Сложный характер диаграммы конструктивной прочности объясняется не только влиянием структурных изменений в бейните при варьировании температурой распада аустенита, но и сменой морфологии бейнита, т. е. переходом от нижнего бейнита к верхнему. При температурах образова-

Изучение кинетики превращения аустенита в мартенсит было начато проф. С. С. Штейнбергом в 1929 г. Через год им уже была опубликована в журнале «Металлург» статья «О превращении аустенита в мартенсит», в которой были даны основные положения теории мартенситного превращения и развернутая критика работ немецкого проф. Ганемана. В 1937 г. проф. С. С. Штейнбергом была опубликована в журнале «Металлург» вторая статья под заглавием «О мартенситном превращении аустенита», в которой он указал на ошибочность представлений некоторых металловедов, считавших, что аустенит можно переохладить до комнатной температуры, если увеличить скорость охлаждения стального образца. В 1940 г. С. С. Штейнберг опубликовал большую обзорную статью, в которой были собраны результаты десятилетней работы его школы по вопросу изотермического и мартенситного превращений аустенита. Вместе с этим была дана критика работ известного французского исследователя Альберта Портевена.