Превращению аустенита

При аустенито-мартенситном превращении происходит только перестройка решетки без изменения концентрации реагирующих фаз. Превращение является бездиффузионным. Мартенсит в стали

1) бездиффузионность [состав фаз—исходной (аустенита) и конечной (мартенсита), одинаков; при превращении происходит лишь перестройка решетки];

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.

Третье превращение — аустенита в мартенсит при охлаждении с высокой скоростью — начинается при температуре Мн и заканчивается при температуре Мк (см. рис. 6.6). При этом превращении происходит перестройка решетки ГЦК ужелеза в решетку ОЦК а-железа. Следовательно, мартенсит - это пресыщенный твердый раствор углерода в а-железе. Избыточное количество углерода (по сравнению с тем, которое может раствориться в феррите -около 0,01% С) приводит к искажению решетки с увеличением параметра <л Поэтому мартенсит имеет решетку с отношением г/а > 1. она называется тетрагональной.

1 При мартонситном превращении происходит одновременный и направленный групповой сдвиг атомов в решетке аустенита. Направление перемещения большой группы атомов, расположенных в одной или нескольких смежных плоскостях, подобно сдвигу при пластической деформации.

При очень больших степенях .переохлаждения возможно бездиффузионное превращение аустенита в пересыщенный раствор углерода в а-железе, называемый мартенситом. При мартенсит-ном превращении происходит очень быстрая перестройка кристаллической решетки -у-железа в решетку а-железа. Пути перемещения атомов не превышают параметра решетки. Времени на диффузионные процессы не остается, и весь углерод, захваченный превращением, переходит в пересыщенный твердый раствор в а-железе. Элементарная кристаллическая ячейка кристаллической решетки мартенсита — прямоугольная призма с атомом железа в центре. Основание призмы — квадрат со стороной а. Высота призмы с больше стороны основания а. Такую кристаллическую решетку называют тетрагональной, а отношение параметров решетки с/а называют степенью тетрагональ-ности.1 Посередине одного из вертикальных ребер куба элементарной ячейки располагается атом углерода, расклинивающий решетку и делающий высоту призмы больше стороны основания (рис. 72, а).

Фазовые превращения в сплавах, не сопровождающиеся перераспределением компонентов между фазами, имеют некоторые особенности, связанные с присутствием растворенных атомов. В железоуглеродистых сплавах, например, при мартенситном превращении происходит упорядочение в раз-мещении атомов углерода [245]. Сдвиговое полиморфное превращение зонноочищенного железа имеет место при относительно малых переохлаждениях [111]. Известны и другие особенности полиморфных превращений в сплавах:

Отметим, что при фазовых переходах первого рода состояние системы меняется скачком, при переходах второго рода — непрерывно, однако возникновение нового элемента симметрии (например, симметрии в заполнении узлов решетки атомами при упорядочении или симметрии в ориентации спинов при магнитном превращении) происходит скачкообразно (Кривоглаз и Смирнов [127]).

При аустенито-мартенситном превращении происходит только перестройка решетки без изменения концентрации реагирующих фаз. Превращение является бездиффузионным. Мартенсит в стали есть пересыщенный твердый раствор углерода в a-железе с такой же концентрацией, как и у исходного аустенита. Так как растворимость углерода в a-фазе равна всего лишь 0,01%., то мартенсит является пересыщенным твердым раствором.

1) бездиффузионность [состав фаз — исходной (аустенита) и конечной (мартенсита), одинаков; при превращении происходит лишь перестройка решетки] ;

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.

Пока мы рассмотрели превращение аустенита в перлит, протекающее в сталях, по составу близких к эвтектоидному. Если содержание углерода в стали отлично от эвтектоидного, то, как следует из диаграммы железо — углерод, превращению аустенита в перлит предшествует выделение феррита или цементита.

Влияние легирующих элементов на прокаливаемоеть. Легирующие элементы, кроме Со, увеличивают устойчивость и улучшают прокали-ваемость аустенита. Однако легирующие элементы, образующие стойкие карбиды типа VC, TiC и др., способствуют при охлаждении превращению аустенита в перлит и ухудшают прокаливаемость.

В процессе шлифования и скоростного точения в поверхностном слое развиваются температуры до 800-850 °С. Такое повышение температуры доэвтектоидных и заэвтектоидных углеродистых сталей с содержанием углерода 0,4-1,1% достаточно для структурно-фазового превращения перлита в аустенит. А последующее резкое охлаждение может приводить к превращению аустенита в мартенсит (вторичная закалка) в тончайших поверхностных слоях с переходом к структуре перлита по мере удаления от поверхности. Вследствие недостаточной скорости охлаждения при шлифовании закаленной и отпущенной стали образуется приповерхностный слой аустенитно-мартенситной структуры из вторично закаленного сплава. Под ним располагаются слои, имеющие структуры всех видов отпуска (мартенсит отпуска, сорбит, троос-тит), вплоть до структуры исходного термически обработанного сплава. Подобные превращения наблюдаются и при точении. Каждой структурной составляющей (фазе) свойствен определенный удельный объем. Так, например, мартенсит-структура, обладающая наибольшим удельным объемом, а аустенит— структура с минимальным удельным объемом. Поэтому при превращении мартенсита наблюдается сжатие, что наряду с пластической деформацией является источником остаточных внутренних напряжений.

начала превращения (кривой /) соответствует переохлажденному аустениту, а область диаграммы правее линии конца превращения аустенита (кривой 2) соответствует продуктам превращения аустенита, природа которых зависит от температуры изотермического превращения. Пространство между кривыми начала и конца превращения отвечает области частичного превращения аустенита. Температура 220° С (линия М) соответствует бездиффузионному превращению аустенита в мартенсит. Строение продуктов изотермического превращения аустенита и их свойства зависят от степени переохлаждения, т. е. определяются температурами ^— tt. При высоких температурах (район температур ^) возникает грубая ферритоцементитная смесь — перлит (НВ 180). При более низкой температуре (район температур /2) ферритоцементитная смесь становится дисперсной; твердость при этом возрастает до НВ 250; такая дисперсная смесь называется сорбитом. При более низких температурах (район температур t3) смесь феррита и цементита приобретает большую дисперсность и большую твердость (НВ 350); такая структура называется троститом. Перлит, сорбит, тростит являются продуктами превращения аустенита в верхнем районе температур 550—727° С. Продуктом превращения аустенита при температурах 550—220° С является бейнит (или игольчатый тростит). Бейнит имеет не пластинчатую микроструктуру (как перлит, сорбит и тростит), а игольчатую. Бейнит является смесью слегка пересыщенного углеродом феррита и цементита, твердость бейнита выше, чем тростита (НВ 450).

нагреве стали для закалки остаются вне твердого раствора, что при охлаждении стали способствует превращению аустенита в перлит и уменьшает ее прокаливаемость. Но при высокой темп-ре закалки (1200°), обеспечивающей растворение карбидов, подобные легирующие элементы оказывают более сильное влияние на повышение прокаливаемости, чем хром, марганец, крем-

табл. 20), что, очевидно, обусловлено большей твердостью стали 08Х17Н5МЗ. Эта сталь относится к классу аустенитно-мартенситных и упруго-пластическая деформации поверхностных слоев приводит к дальнейшему превращению аустенита в мартенсит, в результате чего остаточные напряжения сжатия в этих слоях увеличиваются.

собствуют превращению аустенита в перлит и уменьшают прокаливаемость. Но при достаточно высокой температуре за-

Выдержка при температуре 600—650° С, указанная в табл. 16, ещё не привела к превращению аустенита в троостит. Повышение мартенситной точки связывается только с обеднением аустенита карбидами. Выделяющиеся при 600 и 650° С карбиды дисперсны и под микроскопом неразличимы; при 700° С они отчётливо видны (фиг. 78, см. вклейку).

Температура отпуска выше 600" С приводит к превращению аустенита и мартенсита в структуру трооститного типа при самой температуре отпуска.

ж) Ступенчато-изотермическая закалка. Выдержка в интервале температур 550—650° С во время охлаждения при закалке вызывает выделение мелкодисперсных карбидов, что при последующем охлаждении способствует более полному превращению аустенита. Выделившиеся дисперсные карбиды повышают износо-упорность стали. В целом применение ступенчато-изотермической закалки ведёт к повышению режущих свойств.

Если в стали содержится больше 0,8%' углерода, то превращению аустенита предшествует выпадение цементита (вторичного) по линии SE из-за снижения растворимости углерода в аустените. При 723° С аустенит таких сталей содержит 0,8%' углерода.