Перлитное превращение

Перлитная область (рис. 8.8) распространяется на интервал температур от точки A1 до температуры 550—500 °С. Превраще­ние переохлажденного аустенита в перлит заключается в распаде аустенита на феррит и цементит и по своему механизму является диффузионным.

Перед распадом углерод диффундирует внутри аустенита и скап­ливается в определенных местах на границе зерна аустенита с обра­зованием зародышей цементита.

Рост зародышей цементита происходит за счет диффузии угле­рода из прилегающих объемов аустенита, что приводит к обеднению углеродом аустенита, окружающего образовавшиеся пластины це­ментита, и способствует превращению его в феррит. Поэтому рядом

с цементитными пластинами образуются пластины феррита. Таким образом, возникает участок перлита, в котором пластины цементита и феррита расположены параллельно на расстоянии l₀ (рис. 8.9). При дальнейшем росте перлитного зерна эти пластины удлиняются (крае­вой рост) и присоединяются новые пары пластин, параллельные исход­ным (боковой рост). Такой процесс происходит до превращения всего аустенита в перлит.

Чем ниже температура, при которой происходит распад аусте­нита, тем дисперснее образующаяся ферритно-цементитная смесь. Степень дисперсности принято характеризовать межпластиночным расстоянием l₀ (см. рис. 8.9), под которым понимают усредненную сумму толщин двух соседних пластинок феррита и цементита.

Перлит (рис. 8.10, а) получается в результате распада аусте­нита при малых степенях переохлаждения в области температур от А₁ до 650 °С (l₀ = 0,6 - 1,0 мкм; НВ 180—250). При распаде аустенита

в интервале температур 650—600 °С образуется более мелкая, чем перлит, ферритно-цементитная смесь (l_o = 0,25 - 0,3 мкм; НВ 250— 330), называемая сорбитом (рис. 8.10,6). Распад аустенита в интервале температур 600—500 °С дает очень тонкую ферритно-цементитную смесь (l₀ = 0,1 -0,15 мкм; НВ 330—400), называемую трооститом (рис. 8.10, в). Таким образом, перлит, сорбит и тро-остит представляют собой ферритно-цементитную смесь. Они различа­ются между собой размерами частиц цементита: в сорбите эти частицы мельче, чем в перлите, а в троостите мельче, чем в сорбите.

При изотермическом превращении аустенита доэвтектоидных ста­лей в интервале температур выше изгиба С-кривой процесс начинается с выделения феррита (линия а—b на рис. 8.11). При темпера­туре ниже точки А₁ после вы­деления некоторого количества феррита аустенит превращается в ферритно-цементитную смесь. С понижением температуры изотермического превращения -уменьшается выделение избы­точного феррита. Выделение феррита прекращается при тем­пературе, соответствующей из­гибу С-кривой, и распад аусте­нита происходит без выделения избыточного феррита. При этом образуется ферритно-цементит­ная смесь (троостит) с таким количеством углерода, которое содержит доэвтектоидная сталь. Поскольку с понижением тем­пературы количество выделяю-щегося избыточного феррита уменьшается, то в образующей­ся при распаде аустенита фер- ритно-цементитной смеси этих

сталей содержание углерода меньше 0,8 %. Такой эвтектоид, обра­зовавшийся • из переохлажденного аустенита и имеющий концентра­цию, отличную от эвтектоидной (0,8%), называется квазиэвтектоидом. При изотермическом превращении заэвтектоидных сталей про­цесс аналогичен. Разница только в том, что вместо избыточного фер­рита выделяется избыточный цементит.

§ 8.6. Мартенситное превращение

Мартенсит является основной структурой закаленной стали. В большинстве случаев в стали стремятся получить эту структуру, так как сталь, закаленная на мартенсит, обладает высокой твердостью (HRC 50—65).

Мартенсит имеет совершенно отличную от других структур при­роду и образуется не так, как ферритно-цементитные структуры. Характерной особенностью аустенитно-мартенситного превраще­ния является его бездиффузионный характер - При сильном переохлаж­дении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита)

в виде частичек цементита, как это имеет место при образовании перлита, сорбита и троостита. Происходит перестройка решетки Y-железа в решетку а-железа. Атомы угле­рода остаются в решетке а-железа и поэтому сильно ее искажают. Такую искаженную кристаллическую решетку называют тет­рагональной (рис. 8.12), в которой один параметр с больше другого а и, следо­вательно, отношение параметров с/а > 1. Степень искаженности (тетрагональности) тем

выше, чем больше углерода в стали. Следо­вательно, мартенсит представляет собой твер­дый раствор углерода в а-железе. В насыщен­ном растворе содержание углерода составляет 0,02 %, а в мар­тенсите содержится столько углерода, сколько его содержится в аустените, поэтому мартенсит является перенасыщенным а-твердым раствором.

Мартенситный кристалл имеет форму тонкой пластины, но очень редко плоскость мартенситной пластины совпадает с плоскостью шлифа (рис. 8.13, а). Обычно под микроскопом они имеют вид игл различной толщины (рис. 8.13, б). Размер пластин (игл) мартенсита

зависит от размера зерен аустенита. Чем мельче зерна аустенита, тем мельче получаются пластины (иглы) мартенсита.

При температуре, соответствующей критической точке М, (рис. 8.14), появляются первые иглы мартенсита, поэтому температура точки М_н — это температура начала образования мартенсита. Более полное превращение аустенита в мартенсит происходит при более низких температурах, и при определенной температуре, соответствую­щей точке М_к (рис. 8.15), превращение прекращается. Это вторая критическая точка — точка температуры конца превращения аустенита в мартенсит. Таким образом, весь процесс образования мартенсита из аустенита протекает не при одной температуре, а в интервале тем­ператур.

Температура мартенситного превращения изменяется в зависимости от содержания углерода. Чем больше в стали углерода, тем ниже температура точек М_н и М_к (рис. 8.15). Поэтому, чтобы в высокоугле­родистых сталях получить большее количество мартенсита, их следует охлаждать до температур ниже 0 °С.

Характерным для мартенситного превращения является то, что даже при температуре конца мартенситного превращения (точка М_к) невесь аустенит превращается в мартенсит. Аустенит, не перешедший в мартенсит при данной температуре, называется остаточным аустенитом (А_ост, на рис. 8.14).

Аустенитно-мартенситное превращение сопровождается увеличе­нием удельного объема, что является одной из основных причин возникновения при закалке внутренних напряжений, вызывающих деформации и трещины.