Превращение аустенита при непрерывном охлаждении стали Превращение аустенита в углеродистых сталях

При реальных скоростях охлаждения, когда аустенит переохлаждается до температуры ниже 727^oС, он становится неустойчивым (метастабильным) и превращается в более стабильные структуры. С увеличением скорости охлаждения возрастает степень переохлаждения аустенита относительно равновесной точки А₁ (727^oС). Схематически на рис. 8.16 показано влияние скорости охлаждения на температуру распада аустенита. Кроме того, при наложении вектора скорости охлаждения детали на С - кривую мы можем предугадать структуру, а следовательно, и свойства в изделии. Чем больше скорость охлаждения, тем ниже температура распада аустенита и тем дисперснее образуется феррито-цементитная смесь, подобно тому, как это наблюдалось при изотермическом распаде аустенита. При очень маленькой скорости охлаждения V₁,например, при охлаждении в печи, образуется структура перлит. Такая обработка называется отжигом. При большей скорости охлаждения, например при охлаждении, на воздухе (кривая V₂),получается структура сорбит. Такая обработка называется нормализацией. При еще большей скорости охлаждения V₃ образуется еще более тонкодисперсная смесь - троостит. При скорости охлаждения V₄,например при охлаждении в масле, мы пересекаем линию начала распада аустенита на С - кривой в области температур образования троостита, но при этом линию конца распада аустенита мы не задеваем. Следовательно, часть аустенита переходит в троостит, а нераспавшийся аустенит при дальнейшем охлаждении, то есть ниже линии Мн,переходит в мартенсит. При этом мы получим структуру, состоящую из троостита, мартенсита и остаточного аустенита. Бейнит при непрерывном охлаждении в углеродистых сталях не образуется.

При очень большой скорости охлаждения, например в воде (кривая V₅), перлитный распад аустенита становится вообще невозможным, и тогда аустенит переохлаждается до линии Мн и превращается в мартенсит. Превращение аустенита в мартенсит не идет до конца, поэтому наряду с мартенситом всегда присутствует небольшое количество остаточного аустенита. Такая обработка для получения мартенситной структуры называется закалкой. Минимальная скорость охлаждения V_кр, при которой весь аустенит переохлаждается до линии Мн и превращается в мартенсит, называется критической скоростью закалки.

Рис. 8.16. Диаграмма изотермического распада аустенита с кривыми охлаждения

Значение критической скорости закалки для разных сталей неодинаково и зависит от устойчивости аустенита переохлажденного, чем больше устойчивость его, то есть чем больше сдвинута С - кривая вправо, тем V_кр меньше, и наоборот.

Критическая скорость закалки зависит:

1) от содержания углерода в стали (рис 8.17). У доэвтектоидных сталей с увеличением содержания углерода диффузионная подвижность атомов уменьшается. При этом С - кривая смещается вправо, а Vкр уменьшается; Закалку заэвтектоидных сталей проводят от температур выше А_с1, то есть из области, где находится А + Ц_II. Эти частички цементита вторичного являются готовыми зародышами при распаде аустенита, и его распад пойдет быстрее, при этом С - кривая сдвигается влево, аV_кр увеличивается;

Рис. 8.17. Влияние углерода и величины зерна на критическую скорость закалки

2)от содержания легирующих элементов.

Легирующие элементы могут быть:

а) растворены в аустените. Легирующие элементы, особенно карбидообразующие, уменьшают диффузионные процессы в стали, а следовательно, С - кривую сдвигают вправо и V_кр при этом уменьшается.

Легирующие элементы, повышая устойчивость аустенита, резко снижают критическую скорость закалки. Так, при введении в сталь 1% хрома критическая скорость закалки уменьшается в два раза, а при введении 0,4% молибдена - в четыре раза. Сильно снижают критическую скорость закалки марганец и никель, и в меньшей степени - вольфрам. Кобальт является единственным легирующим элементом, который понижает устойчивость аустенита и повышает критическую скорость закалки;

б) в виде избыточных карбидов.Эти карбиды являются готовыми зародышами при распаде аустенита(см.заэвтектоидные стали);