Структуры, получаемые при различных скоростях охлаждения.

1.При нормальной температуре доэвтектоидные стали имеют структуру феррит плюс перлит, эвтектоидные – перлит, заэвтектоидные – перлит + це­ментит, то есть исходное состояние всех сталей пред­ставляет смесь двух фаз: феррита и цементита. При нагреве выше критической точки Aс₁ (727°С) проис­ходят фазовое эвтектоидное превращение Fe_α→Fe_γ и растворение цементита в γ-железе с образованием аустенита. Это образование обусловлено диффузией, по­этому состав аустенита существенно отличается от фер­рита и цементита.

Доэвтектоидные стали в интервале температур от Ас₁ до Ас₃ (участок GSP, см. рис.21) имеют структуру феррит + аустенит с переменной концентрацией углерода в аустените.

В точке Ас₃, лежащей на линии GS, фазовая пере­кристаллизация заканчивается, феррит полностью рас­творяется в аустените.

Эвтектоидная сталь со структурой перлита при пере­ходе через критическую точку Ас₁ претерпевает эвтектоидное превращение и выше точки S имеет структуру аустенита.

В заэвтектоидных сталях при Ас₁, перлит превраща­ется в аустенит, который при дальнейшем нагревании растворяет вторичный цементит, поэтому выше Ас_m ста­ли имеют однофазную структуру аустенита.

Таким образом, нагрев любой стали выше линии GSE приводит к превращению ее в аустенитное со­стояние.

2. Изотермическое превращение аустенита. В технологических процессах термической обработки превращения аустенита можно получить не только при непрерывном охлаждении с определенной скоростью, но и при постоянной температуре – изотер­мически. Аустенит быстро охлаждают в соляных ваннах до заданной температуры и выдерживают при ней в те­чение времени, необходимого для окончательного era превращения в перлит, сорбит или троостит.

Влияние степени переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость превращения представляют гра­фически в виде диаграмм. Эти диаграммы строят в ко­ординатах: температура превращения – время. Обычно время откладывают на логарифмической шкале (рис. 22).

Рис. 22. Диаграмма изотермического превращения аустенита эвтектоидной стали (схема):

I – перлитное превращение; II – промежу­точное превращение; III – мартенситное сел превращение; П – перлит; С – сорбит; Т – троостит; Б – бейнит

Основные закономерности перлитного превращения рассмотрим на примере эвтектоидной стали. Изотерми­ческий распад аустенита эвтектоидной стали происходит в интервале температур от Ar₁ (720 °С) до М_н (250°С), Горизонтальная линия М_н показывает температуру на­чала бездиффузионного мартенситного превращения. Кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита имеют вид буквы С, поэтому их часто назы­вают С-образными. Кривая 1 указывает время начала превращения, кривая 2 – время конца превращения аустенита. В области диаграммы, расположенной левее кривой 1, существует переохлажденный аустенит (инку­бационный период); между кривыми 1 и 2 расположена область, в которой происходит превращение; правее кривой 2 находится область, в которой существуют продукты превращения аустенита.

Устойчивость аустенита зависит от степени переохлаждения. Наи­меньшей устойчивостью аустенит обладает при температурах, близких к 550 °С.

Превращение аустенита при температурах в интер­вале Аr₁... 550°С называют перлитным, а превращение при температурах в интервале 550°C...М_н – промежу­точным. В интервале температур перлитного превраще­ния в результате распада аустенита образуются плас­тинчатые структуры перлитного типа, то есть структуры, образованные из кристаллов феррита и цементита. Строение перлитной структуры зависит от температуры превращения, с увеличением степени переохлаждения возрастает дисперсность ферритно–цементитной смеси от структуры крупнопластинча-того перлита до троостита. С увеличением дисперсности структур перлитного типа возрастают прочность и твердость стали; лучшую пластичность и вязкость имеет структура сорбита.

При промежуточном превращении возникает иголь­чатая микроструктура, которая называется бейнит. Бей­нит представляет собой двухфазную смесь кристаллов феррита и цементита. Основная особенность промежу­точного превращения состоит в том, что полиморфный переход происходит по мартенситному механизму. Бей­нит, образовавшийся при температуре 400...550°C, назы­вают верхним; он имеет перистое строение. Бейнит, об­разовавшийся при более низких температурах, называют нижним; он имеет пластинчатое строение. Верхний бей­нит имеет низкие механические свойства; высокой прочностью и одновременно достаточно высокими пла­стичностью и вязкостью обладает нижний бейнит.

При переохлаждении аустенита до температуры, рав­ной или ниже мартенситной точки (М_н), соответствую­щей температуре начала превращения переохлажденного аустенита в мартенсит, 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. Однако мартенситное превра­щение интенсивно протекает при непрерывном охлаж­дении, что уменьшает в структуре остаточный аустенит.

3.При термообработке стали аустенит превращается в следующие структуры:

Мартенсит – перенасыщенный твердый раствор углерода в α- железе. Он получается в результате закалки стали и имеет тетрагональную кристаллическую решетку. Твердость мартенсита НВ500…650 кгс/мм² и зависит от содержания углерода в стали. Вязкость мартенсита низка (3…5 кгс/см²). Мартенсит образуется при охлаждении аустенита со скоростью 150…300 °С/с.

Троостит – высокодисперсная механическая смесь частиц феррита и цементита. Твердость троостита НВ = 300…400 кгс/мм². Троостит образуется при охлаждении аустенита со скоростью 60…80°С/с.

Сорбит – дисперсная механическая смесь частиц цементита и феррита. Сорбит подразделяется на сорбит закалки и сорбит отпуска.

Структура сорбита закалки пластинчатая, сорбита отпуска – зернистая. Твердость сорбита НВ = 250…300 кгс/мм². Сорбит образуется при охлаждении аустенита со скоростью 40…50°С/с.

Перлит является так же механической смесью цементита и феррита, как и сорбит, но частицы цементита в нем крупнее, чем у сорбита. Строение перлита может быть пластинчатым и зернистым. Имеет твердость НВ = 160…260 кгс/мм². Перлит образуется при охлаждении аустенита со скоростью до 10 °С в секунду.