Превращение аустенита при охлаждении.

Закономерности превращения аустенита при охлаждении ниже температуры Аr₁ характеризуются диаграммой изотермического превращения переохлажденного аустенита (рис.3.6).

Для изучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур выше Ас₃ с целью получения стабильного аустенита, а затем быстро охлаждают до температур ниже Аr₁ (например, до 700, 600, 500, 400, 300⁰С и т.д.), и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита, рассматривая последний в специальный микроскоп с нагревом.

Кинетические кривые описывают превращение аустенита при постоянных температурах ниже Аr₁, показывая количество уже распавшегося аустенита в зависимости от времени, происшедшего с начала его распада (рис.3.6, а). При этом распад начинается в точке Н после истечения времени 0-Н (инкубационного периода), потом его скорость быстро растет, а затем после распада 50 % аустенита постепенно замедляется и заканчивается по истечении времени К.

Рис.3.6 Построение диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита в эвтектоидной стали:

а – кинетические кривые; б – диаграмма изотермического превращения аустенита; в – графическое изображение структур

Точки начала (Н) и конца (К) распада из графика время-количество распавшегося аустенита сносятся вниз на график температура-время на горизонтальные прямые, соответствующие тем постоянным температурам (Т=const), при которых это превращение происходит. После точки начала (Н₁, Н₂, Н₃ и т.д. соединяются плавной кривой, также как и точки конца К₁, К₂, К₃. Получаются С-образные кривые изотермического распада аустенита. Левая кривая характеризует начало распада аустенита, а правая – время полного распада (т.е. конца распада).

Вся область, лежащая левее кривой (Н) начала распада – это область метастабильного аустенита (т.е. очень нестабильного), т.к. продолжительность инкубационного периода, т.е. периода, когда с аустенитом пока ничего не происходит. Устойчивость такого переохлажденного аустенита и скорость его превращения зависят от степени его переохлаждения. Наиболее устойчив аустенит при t близком к t=727⁰C и при t близком к температуре мартенситного превращения t=200⁰C, наименее устойчив аустенит при t₂=550⁰C, когда С-образная кривая начала распада наиболее близко подходит к вертикально оси. Время устойчивости при данной температуре- 1…1,5 с.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают 3 температурные области его превращения:

1. Перлитная область – температурный интервал от 727 до 550⁰С;

2. Область промежуточного превращения – температурный интервал от 550⁰С до температуры начала мартенситного превращения (М_н) (до 250 ⁰С);

3. Мартенситная область – температурный интервал ниже температуры М_н.

В перлитной области образование зародышей цементита (6,67%С) происходит на границе зерен аустенита, при этом аустенит, прилегающий к зародышам цементита, обедняется углеродом, что приводит к образованию зародышей феррита (0,01% С). От одного центра идет рост чередующихся пластинок цементита и феррита (перлита) до их столкновения с кристаллами перлита, растущими из других центров. Чем больше переохлаждение, тем тоньше пластинки цементита и феррита, т.е. больше дисперсность перлитной структуры. Эта закономерность графически показана на рис.3.6, в, а зарисовки структур – на рис. 3.7.

Рис. 3.7 Микроструктуры семейства перлитов и бейнитов:

а – пластинчатый перлит, б – сорбит закалки, в – троостит закалки; г – верхний бейнит; д – нижний бейнит

Дисперсность пластинчатых структур оценивается межпластинчатым расстоянием ∆₀, за которое принимают среднюю суммарную толщину соседних пластинок феррита и цементита. В зависимости от дисперсности продукты распада аустенита имеют название: перлит, сорбит и троостит.

Основные характеристики этих структур приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Перлит, сорбит и троостит являются ферритоцементитными смесями, имеющими пластинчатое строение, и различаются лишь степенью дисперсности. Однако такое деление перлитных структур условно, т.к. дисперсность смесей монотонно (!!!) увеличивается с понижением температуры превращения.