Влияние скорости охлаждения на превращение аустенита

В зависимости от скорости охлаждения превращение аустенита может быть диффузионным и бездиффузионным. Критерием превращения является критическая скорость закалки V_КР – наименьшая скорость охлаждения, при которой подавляется диффузия атомов углерода.

При скоростях охлаждения V < V_КР протекает диффузионный распад аустенита в феррит и цементит. В процессе превращения перестраивается кристаллическая решетка железа и происходит перераспределение углерода между фазами.

Такое превращение имеет место при отжиге, нормализации и менее распространённом виде термической обработки – закалке в масло. Ферритоцементитные смеси, полученные этими обработками, характеризуются «межпластинчатым» расстоянием h – суммарной толщиной одной пластинки феррита и одной пластинки цементита (рис. 4.6.1а−в).

а) Перлит пластинчатый – грубодисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы;

б) Сорбит закалки – дисперсная ферритоцементитная смесь пластин­чатой формы;

в) Троостит закалки – весьма дисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы.

 

Рис. 4.6.1. Структуры и схемы структур эвтектоидной стали:

а – перлит пластинчатый; б – сорбит закалки; в – троостит закалки

 

Ферритоцементитные смеси обеспечивают относительно невысокую твёрдость, возрастающую с уменьшением межпластинчатого расстояния: перлит пластинчатый – НRС 10, сорбит закалки – НRС 30, троостит закалки – НRС 40.

При скоростях охлаждения V > V_КР, например, при закалке в воде протекает бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит, т. е. кристаллическая решетка γ-Fe перестраивается в α-Fe без выделения углерода из твёрдого раствора. В равновесном состоянии α-Fe растворяется всего лишь 0,006 % углерода, а в любой стали его значительно больше, отсюда следует, что мартенсит – пересыщенный раствор углерода α-Fe. Пресыщенность решетки железа углеродом создаёт внутренние напряжения, что приводит к существенному упрочнению стали. Но при этом сталь становится менее вязкой.

 

 

Рис. 4.6.2. Структура мартенсита, × 1000

 

Мартенсит закалённой стали состоит из кристаллов игольчатой формы и характеризуется структурным параметром – длиной игл L (рис. 4.6.2). Твердость этой структуры зависит от содержания углерода (см. рис. 4.5.3).