Превращение стали при модельном охлаждени




Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита – твердого раствора углерода в γ -железе, на почти чистое α -железо и цементит. Превращение может начаться не в точке А1, а при некотором переохлаждении. Чем ниже температура превращения, тем больше переохлаждение, тем больше разность свободных энергий, тем быстрее происходит превращение.

Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами «время – температура – степень распада» или диаграммами изотермического превращения аустенита, т.е. превращения, протекающего при постоянной температуре.

Для изучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита (т.е. выше критической точки), а затем быстро охлаждают (переохлаждают) до температуры ниже A1 (например, до 700, 600, 500, 400, 300 °С и т.д.), и выдерживают при этих температурах различное время, в том числе и до полного распада аустенита. Степень его распада можно определять разными методами: микроскопическим, магнитным, дилатометрическим и др.

Результаты исследования описываются кинетической кривой, по которой можно оценить количество распавшегося аустенита в зависимости от времени, прошедшего с момента начала распада. В течение некоторого промежутка времени (H1, Н2, Н3) распад аустенита экспериментально не фиксируется (рис. 6.6, а). Этот период называют инкубационным.

По истечении этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных структур. В области повышенных температур он протекает с образованием структуры, состоящей из феррита и цементита. Скорость распада сначала быстро увеличивается, а затем постепенно замедляется. Через различные промежутки времени (К1, К2, K3) процесс распада постепенно затухает и, наконец, полностью заканчивается или приостанавливается.

Построение таких кривых в изотермических условиях при разных температурах (t1, t2, t3 и т.д.) позволяет получить диаграмму изотермического превращения аустенита (рис. 6.6, б). Для этого нужно отрезки времени, соответствующие началу (H1, Н2, Н3) и концу распада аустенита (К1, К2, K3 и т.д.), или для какой-то заранее принятой степени превращения, для каждой из исследуемых температур (t1, t2, t3), перенести на график, на котором по оси абсцисс откладывают время, а по оси ординат – температура, и одноименные точки соединить плавными кривыми. На диаграмме изотермического превращения аустенита (рис. 6.6, б) кривая 1 характеризует начало распада аустенита, а кривая 2 показывает время, необходимое для полного распада аустенита.

Область, лежащая левее кривой начала распада аустенита (рис. 6.6, б), относится к инкубационному периоду. В интервале температур и времени, определяемых этой областью, существует переохлажденный аустенит, практически не претерпевающий заметного распада. Длительность инкубационного периода характеризует устойчивость переохлажденного аустенита. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума, и далее вновь возрастает.

При температуре наименьшей устойчивости аустенита скорость превращения очень велика. В некоторых низкоуглеродистых сталях длительность инкубационного периода при этой температуре не превышает 1,0 – 1,5 с.

 

 

Аустенит (А) (С) – твердый раствор внедрения углерода в -железо.
Углерод занимает место в центре гранецентрированной кубической ячейки.
Аустенит имеет переменную предельную растворимость углерода: минимальную – 0,8 % при температуре 727o С (точка S), максимальную – 2,14 % при температуре 1147o С (точка Е).
Аустенит имеет твердость 200…250 НВ, пластичен (относительное удлинение – ), парамагнитен.
При растворении в аустените других элементов могут изменяться свойства и температурные границы существования.
Превращение аустенита в перлит при медленном охлаждении.

 

 

Превращение связано с диффузией углерода, сопровождается полиморфным превращением , выделением углерода из аустенита в виде цементита, разрастанием образовавшегося цементита.
В зависимости от степени переохлаждения различают три области превращения. Вначале, с увеличением переохлаждения скорость превращения возрастает, а затем убывает. При температуре 727 oС и ниже 200o С скорость равна нулю. При температуре 200o С равна нулю скорость диффузии углерода.
Закономерности превращения.
Образцы нагревают до температуры, при которой структура состоит из однородного аустенита (7700 С). Затем переносят в термостаты с заданной температурой (интервал 25 – 500 С). Превращение аустенита можно легко обнаружить с помощью наблюдений за изменением магнитных характеристик, так как аустенит парамагнитен, а феррит и цементит обладают магнитными свойствами.
Получают серию кинетических кривых (рис. 12.5 а), которые показывают количество образовавшегося перлита в зависимости от времени, прошедшего с начала превращения.

Рис. 12.5. Кинетические кривые превращения аустенита при охлаждении (а); диаграмма изотермического превращения аустенита (б)

В начале наблюдается инкубационный подготовительный период, время, в течение которого сохраняется переохлажденный аустенит. Превращение протекает с различной скоростью и достигает максимума при образовании 50 % продуктов распада.
Затем скорость начинает уменьшаться и постепенно затухает. С увеличением степени переохлаждения устойчивость аустенита уменьшается, а затем увеличивается.
Горизонтальная линия Мн показывает температуру начала бездиффузного мартенситного превращения. Такие диаграммы называются диаграммами изотермического превращения аустенита (рис. 12.5 б).
При малых степенях переохлаждения, в области температур 727…550o С, сущность превращения заключается в том, что в результате превращения аустенита образуется механическая смесь феррита и цементита, состав которой отличается от состава исходного аустенита. Аустенит содержит 0,8 % углерода, а образующиеся фазы: феррит –0,02 %, цементит – 6,67 % углерола.
Время устойчивости аустенита и скорость его превращения зависят от степени переохлаждения.
Максимальная скорость превращения соответствует переохлаждению ниже температуры на 150…200o С, то есть соответствует минимальной устойчивости аустенита.

 

Механизм превращения представлен на рис. 12.6.

Рис. 12.6. Механизм превращения аустенита в перлит

При образовании перлита из аустенита ведущей фазой является цементит. Зарождение центров кристаллизации цементита облегчено на границе аустенитных зерен. Образовавшаяся пластинка цементита растет, удлиняется и обедняет соседние области углеродом. Рядом с ней образуются пластинки феррита. Эти пластинки растут как по толщине, так и по длине. Рост образовавшихся колоний перлита продолжается до столкновения с кристаллами перлита, растущими из других центров.
Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходит процесс его распада.
Толщина соседних пластинок феррита и цементита определяет дисперсность структуры и обозначается . Она зависит от температуры превращения. В зависимости от дисперсности продукты распада имеют различное название.
мм – перлит.
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 650…700 oС, или при скорости охлаждения Vохл = 30…60 oС/ч. Твердость составляет 180…250 НВ.
мм – сорбит
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 600…650 oС, или при скорости охлаждения Vохл = 60 oС/с. Твердость составляет 250…350 НВ. Структура характеризуется высоким пределом упругости, достаточной вязкостью и прочностью.
мм – троостит
Образуется при переохлаждении до температуры Т = 550…600 oС, или при скорости охлаждения Vохл = 150 oС/с. Твердость составляет 350…450 НВ. Структура характеризуется высоким пределом упругости, малой вязкостью и лпастичностью.
Твердость ферритно-цементитной смеси прямопропорциональна площади поверхности раздела между ферритом и цементитом..Если температура нагрева незначительно превышала теипературу А и полученый аустенит неоднороден по составу, то при малой степени переохлаждения образуется зернистый леплит. Уменьшение устойчивости аустенита и роста скорости его превращения с увеличением степени переохлаждения

объясняется возрастанием разности свободных энергий аустенита и феррита. При этом уменьшается размер критического зародыша, способного к росту, и возрастает количество объемов в исходном аустените, в которых могут возникнуть зародыши новых фаз – феррита и цементита. Повышение устойчивости аустенита и уменьшение скорости его превращения при больших степенях переохлаждения определяется снижением скорости образования и роста новых фаз вследствие замедления процесса диффузии.

При переохлаждении аустенита до температуры, равной или ниже мартенсиной точки (), соответствующей температуре начала превращения переохлажденного аустенита в мартенсит (рис. 6.6, б), диффузионные процессы полностью подавляются и образование структуры, состоящей из феррита и цементита, становится невозможным. В этом случае протекает бездиффузионное превращение аустенита в структуру закаленной стали, называемую мартенситом.

Кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита имеют вид буквы С, поэтому их часто называют С -образными или просто С -кривыми.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области или ступени превращения (рис. 6.6, б): перлитную; область промежуточного превращения (промежуточного между перлитным и мартенситным превращением) и мартенситную.

Перлитная область в углеродистых сталях распространяется на интервал температур от точки A1 до изгиба изотермической диаграммы (~550 °С). При этих температурах происходит диффузионный распад аустенита с образованием структуры из феррита и цементита – перлита.

Промежуточное превращение протекает при температурах от изгиба кривой (~550 °С) до точки Мн (рис. 6.6, б). Это превращение обладает рядом особенностей, присущих как перлитному (диффузионному), так и мартенситному (бездиффузионому) превращению. В результате превращения переохлажденного аустенита образуется бейнит (рис. 6.7).

Мартенситное превращение происходит по бездиффузионному механизму ниже точки Мн (рис. 6.6, б) Структура получаемого сплава имеет вид (рис 6.8.).

Свойства и строение продуктов превращения аустенита в перлитной области зависят от температуры, при которой происходил процесс его распада.

При высоких температурах, т.е. при малых степенях переохлаждения, получается достаточно грубая (легко дифференцируемая под микроскопом) смесь феррита и цементита. Эта смесь называется перлитом (рис. 6.9, а).

При более низких температурах и, следовательно, при больших степенях переохлаждения, дисперсность структур возрастает и твердость продуктов повышается. Такой более тонкого строения перлит получил название сорбита (рис. 6.9, б).

При еще более низкой температуре (что соответствует изгибу кривой) дисперсность продуктов еще более возрастает и дифференцировать под оптическим микроскопом отдельные составляющие ферритно-цементитной смеси становится почти невоз

можно, пластинчатое строение можно наблюдать лишь под электронным микроскопом. Такая структура называется трооститом.

Таким образом, перлит, сорбит и троостит – структуры с одинаковой природой (феррит + цементит), отличающиеся степенью дисперсности феррита и цементита.

 

 



Поделиться:




Поиск по сайту

©2015-2024 poisk-ru.ru
Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование.
Дата создания страницы: 2017-06-11 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных


Поиск по сайту: