Превращения аустенита при охлаждении

При охлаждении ниже критической точки А_r3 в интервале А_r3-А_r1 из аустенита начинают выделяться в доэвтектоидных сталях избыточный феррит, а в заэвтектоидных - избыточный цементит:

А ® Фе или А ® Ц, иными словами g®a или Fe₃C ® Fe₃C g.

При охлаждении ниже А_r1 происходит эвтектоидное превращение аустенита в перлит:

А®П или g®a+ Fe₃C.

Критические точки А_r3 и А_r1в значительно большей степени чувствительны к скорости охлаждения, чем критические точки при нагреве.

При малых переохлаждениях t₁, t₂ перлитное превращение идет с малой скоростью из-за малой термодинамической активации превращения, по мере увеличения переохлаждения превращение начинается раньше, поскольку устойчивость аустенита уменьшается, достигая минимальной при переохлаждении t₃. При более глубоких переохлаждениях t₄, t₅ устойчивость аустенита против перлитного превращения вновь возрастает вследствие подавления диффузионных процессов при низкой температуре. Превращения аустенита при различных переохлаждениях в зависимости от времени описывают так называемые С-диаграммы или диаграммы изотермического превращения.

Эти диаграммы строят эксперимен-тально для каждой марки стали. Первая С-образная линия соответствует началу превращения переох-лажденного аустени-та в перлит, вторая линия – завершению этого превращения.

Возрастание переохлаждения вплоть до температуры минимальной устойчивости аустенита t_m увеличивает дисперсность продуктов перлитного превращения. Превращение аустенита при таких переохлаждениях образует перлит, сорбит или троостит, которые представляют собой эвтектоидные феррито-цементитные смеси возрастающей дисперсности и твердости.

При более глубоких переохлаждениях происходит промежуточное или бейнитное превращение аустенита, которое состоит в диффузионном перераспределении углерода (углерод выделяется из аустенита с образованием сверхмелких карбидов) и сдвиговой перестройке кристаллической структуры g- Fe в a-Fe (ГЦК®ОЦК).

Если удается переохладить аустенит ниже температуры М_н (см. рис 27), то происходит мартенситное сдвиговое превращение без предварительной диффузионного выделения углерода. В результате образуется пересыщенный твердый раствор углерода в a-Fe – мартенсит.

Эта фаза имеет тетрагональую объемноцентрированную кристалл-лическую структуру (ОЦТ), причем степень тетрагональности (отноше-ние параметров решетки с/а) возрастает с увеличением содер-жания углерода в мартенсите.

Мартенситное превращение происходит в интервале температур М_н-М_к. Температуры начала и конца мартенситного превращения снижаются по мере возрастания содержания углерода в аустените. В заэвтектоид­ных сталях точка М_к может перейти в область отрицатель­ных температур, тогда после охлаждения до комнатной температуры в структуре закаленной стали останется некоторое количество не­превращенного остаточного аустенита, А_ост. Естественно, чем больше углерода растворено в аустените, тем больше его останется в стали после закалки. Присутствие в структуре закаленной стали снижает ее твердость.