Превращения в сталях при нагреве и охлаждении

 

Фазы: - феррит Fe_α(C);

- аустенит Fe_γ(C);

- цементит Fe₃C.

Структура: П[Ф+Ц]

Обозначение критических точек

 

 

Линии	Превращение	Критическая точка	Нагрев/охлаждение
PSK	А‹―›П	А1	АС1/Аr1
GS	А‹―›Ф+А	А3	АС3/Аr3
SE	А‹―›А+Ц	Аст	АСст/Аrст

 

1. Превращения при нагреве

- до эвтектики Ф+П ―› А;

- эвтектика П ―› А;

- за эвтектикой П+Ц ―› А;

Рассмотрим эвтектоидную сталь, С 0.8%, П[Ф+Ц]―›А

Решетка: ГЦК(0.8)/ОЦК(0.02)/ромбоэдрич.(6.69) соответственно.

Превращение при нагреве П―›А вызывает изменение кристаллической решетки, из 2-х фаз образуется одна, возникает перераспределение углерода – превращение диффузионное.

 

 

Микроструктура:

 

Превращение при нагреве доэвтектоидной стали пойдет в 2 стадии:

1) П ―› А_0.8;

2) А_0.8 + Ф_0.8 ―› А_х1.

Превращение при нагреве заэвтектоидной стали состава х₂ идет также в 2 этапа:

1) П ―› А_0.8;

2) А_0.8 + Ц ―› А_х2.

 

Итог: превращения при нагреве любой стали завершается образованием аустенита, является диффузионным и сопровождается измельчением зерна.

(1) – природнокрупнозернистые стали;

(2) – природномелкозернистые стали (в сталь введены специальные добавки, которые тормозят рост зерна.

 

1. Превращения аустенита при охлаждении

2.1. Перлитное превращение

Наблюдается в условиях медленного охлаждения или в условиях изотермической выдержки.

Рассмотрим сталь с содержанием С 0.8%, П[Ф+Ц]―›А. Решетка: ГЦК(0.8)/ОЦК(0.02)/ромбоэдрич.(6.69) соответственно.

При перлитном превращении фаза превращается в две новые, при этом изменяется тип кристаллической решетки и перераспределяется углерод.

 

Особенности:

1) превращение диффузионное.

Микроструктура:

 

Выдержка при:	Структура
650 ± 20˚С	Перлит
600 ± 20˚С	Сорбит
550 ± 20˚С	Тростит

Ниже 550˚С перлитное превращение не протекает из-за замедления диффузии углерода.

 

2) пластинчатая, перлитообразная структура.

 

НВ, МПа	Структура
	Перлит
	Сорбит
	Тростит

Твердость зависит от дисперсности смеси.

 

!!! 3) перлитное превращение начинается не сразу и протекает постепенно во времени.

(1) – линия начала превращения;

(2) – линия конца превращения;

С–образная диаграмма превращения аустенита – диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита.

 

2.2. Мартенситное превращение

При превращении получается мартенсит. Протекает в условиях быстрого превращения – нет времени на диффузию!

А (ГЦК, Fe_γ(C)) ―›М (ОЦК, Fe_α(C)).

 

При мартенситном превращении из одной исходной фазы получается одна новая. При этом меняется тип решетки, но не происходит перераспределения углерода – бездиффузионное превращение.

Мартенситное превращение – бездиффузионная перестройка решетки, при которой каждый атом смещается на расстояние многим меньшее межатомного и сохраняет своих соседей.

Кристалл мартенсита растет путем направленного смещения группы атомов плоскости хорошего сопряжения решетки, см. рис. 77.

При этом:

- 1-й атом смещается на расстояние, меньшее межатомного;

- i-й атом смещается на целое межатомное расстояние и рост данного кристалла прекращается.

 

Особенности строения мартенсита:

Мартенсит всегда состоит из особо мелких кристаллов

(1) – пластинок (пластинчатый мартенсит);

(2) – иголок (игольчатый)

 

Мартенсит всегда содержит столько же углерода, сколько было в аустените – он всегда сильно пересыщенный твердый раствор внедрения углерода в железо α.

Углерод находится на параллельных ребрах ячейки:

 

Мартенсит всегда содержит огромное количество дефектов:

~ 10¹² ГЦК (0.74) ―› ОЦК (0,68)

Дефекты фактически компенсируют разницу плотности укладки этих

2-х решеток.

Мартенсит – это:

1) крайне неравновесная фаза в сталях;

2) самая искаженная кристаллическая решетка;

3) max твердость;

4) min пластичность – чем больше углерода в стали, тем тверже Ме.

 

рис. 80

 

Мартенсит имеете самый большой удельный объем, при образовании мартенсита сталь увеличивается в объеме.

 

Условия получения мартенсита:

- нагреть до аустенитного состояния;

- быстро охладить, чтобы не было диффузионного перлитного превращения, Vкр – критическая скорость охлаждения,

охлаждать нужно со скоростью большей, чем Vкр;

- при непрерывном охлаждении полностью пройти мартенситный интервал температур, Мн – Мк,

если не достигнута точка Мк, если %С > 0.6, то кроме мартенсита сохраняется остаточный аустенит.

 

2.3. Промежуточное (бейнитное) превращение

А_0,8:

1) аустенит, обедненный углеродом, из него получают малоуглеродистый мартенсит;

2) аустенит, обогащенный углеродом, из него получается цементит.

М_{малоуглер} + Ц = Бейнит.

 

Превращение это промежуточное:

- по температурному интервалу;

- есть элемент диффузии и бездиффузионный элемент превращения;

- по уровню твердости НВ ~ 5000 МПа (М ~ 6000 МПа, Т ~ 4000 МПа)

 

Итог:

В зависимости от условий охлаждения возможны три варианта превращений аустенита с получением различных структур.

Диаграммы С-образные или изотермических превращений.

Для условия непрерывного охлаждения построены термокинетические диаграммы