Превращения в стали при охлаждении.

Аустенит является устойчивым только при температуре выше 727°С

Рис.1.36 Режимы изотермического отжига

При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния, аустенит становится неустойчивым — начинается его превращение.

а - сорбит б - троостит в-мартенсит

Рис. 1.37 Структура эвтэктоидной стали

Такое превращение может начаться только лишь при некотором переохлаждении аустенита. Для случая эвтектоидной углеродистой стали аустенит превратится в перлит, т. е. в механическую смесь феррита и цементита, чем ниже температура превращения, тем больше переохлаждение и тем быстрее будет, происходить превращение аустенита в перлит. С другой стороны, это превращение сопровождается диффузионным перераспределением углерода и чем ниже температура переохлаждения, тем медленнее протекает процесс диффузии.

Рис. 1.38 Шкала для определении размера зерна : 1 - 10 - номера зерен при 100^х увеличении

Процесс превращения аустенита в перлит экспериментально проводят при постоянной температуре, т. е. в изотермических условиях. Для этого образцы из стали нагревают до температуры, при которой ее структура состоит из однородного аустенита, а затем быстро переносят в термостаты с заданной температурой.

Изотермические превращения, в зависимости от степени переохлаждения различают три температурные области превращения: перлитную, бейнитную и мартенситную.

Рис. 1 39 Изотермическое превращение эвтэктоидной стали

Диффузионный распад аустенита продолжается до температуры 700°С, где происходит превращение аустенита в перлит. Перлит образуется при распаде аустенита при малых степенях переохлаждения в области температур до 650°С. Твердость перлита НВ 160. Если охлаждать образец до 650°С (до распада аустенита), то инкубационный период и период распада аустенита уменьшаются, в результате чего образуется структура сорбит.

Перлитом называют механическую смесь кристаллов феррита и цементита;

Сорбитом - более мелкую (дисперсную), чем перлит, механическую смесь феррита и цементита. Сталь, в которой преобладает структура сорбита, обладает высокой прочностью и пластичностью.

При охлаждении образца до 500°С, аустенит превращается в троостит. Троостит представляет собой очень тонкую, смесь феррита и цементита; отличается от перлита и сорбита очень высокой степенью дисперсности составляющих. Сталь со структурой троостита обладает повышенной твердостью (НВ 330—400), достаточной прочностью, умеренной вязкостью и пластичностью.

а - перлит б сорбит в троостит

Рис. 1.40 Микроструктура перлита

а- перлита, б- сорбита в- троостита

Далее по мере, ускорения процесса охлаждения первое превращение аустенита в троостит не успеет закончиться. Оставшаяся часть переохлажденного аустенита начнет превращаться в троостит с мартенситом.

При наибольших скоростях охлаждения в стали получается только мартенсит. Скорость охлаждения, при которой в закаливаемой стали из аустенита образуется только мартенсит, называют критической скоростью закалки. Чтобы: закалить сталь, ее охлаждают сo скоростью, не меньшей, чем критическая.

Мартенситное превращение в отличие от перлитного имеет бездиффузионный характер. Мартенсит является основной структурой закаленной стали. Он имеет высокую твердость, зависящую от содержания углерода в стали. Чем больше содержится углерод в мартенсите, тем выше твердость стали. Мартенсит имеет совершено отличную от других структур природу. При резком переохлаждении углерод не успевает выделиться из твердого раствора (аустенита) в виде частичек цементита, как это происходит при образовании перлита, сорбита и троостита.

Мартенсит представляет собой твердый раствор углерода в α-железе, которое способно растворять очень небольшое количество углерода (до 0,02%), а в мартенсите углерода столько, сколько его содержится в аустените этой стали, поэтому мартенсит является α-твердым раствором, пе­ренасыщенным углеродом.