Влияние скорости охлаждения на формирование структуры

ДИПА построены при постоянных температурах переохлаждения, т.е. в изотермических условиях, но на неё можно наложить кривые охлаждения с разной скоростью (v ₁, v ₂, v ₃ и т.д.) и использовать для анализа превращений при непрерывном охлаждении (рис.17). Из рис. 17 видно, что превращение при непрерывном охлаждении происходит в интервале температур. Для каждой скорости охлаждения имеется температура начала (t ^н) и конца превращения (t ^к) Чем больше скорость охлаждения (v ₄> v ₃> v ₂> v ₁), тем в область более низких температур сдвигается превращение, т. е. достигаются все большие степени переохлаждения.

С увеличением скорости охлаждения в перлитной области (v 1, v 2, v 3) увеличивается дисперсность структуры: при v 1 – образуется грубопластинчатый перлит, v 2 – сорбит, v 3 – троостит.

 

Рисунок 17 – Схематическое изображение ДИПА с нанесенными на нее различными скоростями охлаждения: v ₁ – охлаждение с печью, v ₂ – на воздухе, v ₃ – в струе воздуха, v ₄ – в водном растворе солей, v ₅ – в воде, v ₆ – в масле, v _кр – критическая скорость закалки

 

При v > v кр (v 4, v 5) перлитный распад аустенита подавляется, аустенит переохлаждается до точки Мн и превращается в мартенсит. Как было отмечено выше, мартенситное превращение не идет до конца, поэтому в структуре сталей после таких скоростей охлаждения наряду с мартенситом будет присутствовать Аост. Минимальная скорость охлаждения v кр, при которой подавляется распад аустенита и образуется структура мартенсит, называется критической скоростью закалки, она является касательной к «носу» С-кривой.

При скорости охлаждения несколько меньшей v кр (v 6) превращение начинается в перлитной области и продолжается в бейнитной, где оно не заканчивается – при этом сохраняется некоторое количество аустенита непревращенного, который при дальнейшем охлаждении ниже точки Мн переходит в мартенсит. Структура после такого охлаждения – Т+Б+М+Аост.

Для определения структуры в каждой точке кривой охлаждения необходимо:

1) установить, линии и области каких превращений пересекает кривая скорости охлаждения, записывая продукты распада аустенита, образующиеся при этих превращениях, в порядке их выделения;

2) учитывать, что все образующиеся на С-кривой структурные составляющие являются продуктами распада аустенита, и если аустенит закончился, то какие бы линии превращения дальше кривая охлаждения не пересекала, образование продуктов превращения не последует.

Рассмотрим, какие структуры образуются в точках 1-10 на кривых охлаждения I, II (рис.18).

Рисунок 18 – Пример определения структуры в разных точках кривой охлаждения на ДИПА

Кривая охлаждения I

Точка 1 находится в области гомогенного и стабильного аустенита, следовательно, аустенит (А)-стабильный, гомогеннный.

Точка 2 также лежит в аустенитной области, но ниже линии А1, следовательно, достигнута уже некоторая степень переохлаждения, однако превращение еще не началось – идут лишь подготовительные процессы перераспределения углерода. Структура в данной точке – А негомогенный, нестабильный.

Точка 3 находится за линией начала выделения избыточной фазы (gb) – в данном случае феррита (так как на С-кривой присутствует линия А3, а не A cm, Мк также находится выше 0С). Выделение феррита началось, но еще не закончилось, так как линия скорости охлаждения не пересекла линию конца превращения, следовательно, структура в данной точке Ф+А непревращенный.

Точка 4 находится уже в области перлитного превращения, структура в данной точке состоит из ранее выделившегося на отрезке аb Ф, начавшегося выделятся П и А непревращенного (перлитное превращение началось, но еще не закончилось – линия конца превращения не пересечена).

Структура в точке 5 аналогична структуре в точке 4, а именно Ф+П+А непревращенный. Отличие заключается лишь в количестве П - в точке 5 его больше.

Точка 6 лежит уже за линией конца превращения А®П, соответственно структура в ней состоит из Ф+П (А непревращенный отсутствует, так как превращение завершилось и он весь перешел в перлит).

В точках 7, 8, 9, 10 структура однотипна и соответствует структуре в точке 6 – состоит из Ф+П. Несмотря на то, что точки 7-10 находятся на участке кривой охлаждения, проходящем через линии мартенситного и бейнитного превращений, образование продуктов этих превращений не последует, так как им не из чего выделяться – ранее весь аустенит превратился в перлит.

Аналогичным образом, определяются структуры в точках 1-10 на кривой охлаждения II:

1 – А стабильный, гомогенный;

2 – А метастабильный, негомогенный;

3 – Ф+А непревращенный;

4 – Ф+П+А непревращенный;

5 – Ф+П+Б+А непревращенный;

6 – Ф+П+Б+А непревращенный (отличается от структуры в точке 5 бόльшим количеством Б);

7 – Ф+П+Б+М+А непревращенный;

8 – Ф+П+Б+М+А непревращенный (отличается от структуры в точке 7 бόльшим количеством М);

9 – Ф+П+Б+М+А остаточный;

10 – Ф+П+Б+М+А остаточный.