Превращение А---П при непрерывном охлаждении

При данной температуре превращения Т имеется инкубационный период (ИП), во время которого идет подготовительный процесс перераспределения С с образованием объемов обогащенных и обедненных углеродом (под микроскопом не видно). Это процесс распада пересыщенного твердого раствора – аустенита. Продолжительность ИП зависит от Т, характеризует стабильность (устойчивость) аустенита, ИП минимум (на выступе кривой) определяет прокаливаемость стали.

Ход С-кривых очевиден: сначала с понижением Т скорость А---П растет и ИП уменьшается, так как растет выигрыш энергии. Но при снижении температуры скорость диффузии С и Fе быстро уменьшается, наконец, диффузия Fе практически прекращается (при Т на выступе С-кривой) и при более низких температурах чисто диффузионное (нормальное) превращение А ---П уже не идет.

Продукты распада А Соотношение размеров пластинок Ф:Ц = 7,3: 1 - по правилу отрезков для П (0,8%С) можно это подсчитать. А вот размеры зависят от степени переохлаждения: чем оно больше и ниже Т превращения, тем тоньше пластинки, меньше межпластинчатое расстояние (фактически равно сумме толщин пластинок Ф и Ц) – так меньше критический размер зародыша.

Различают перлит (грубый) – более 0,5 мкм, 180 – 230 НВ, сорбит – 0,2 – 0,4 мкм, 230 – 330 НВ, троостит – 0,1 - 0,2 мкм, 300 – 450 НВ (темный, сильтравящийся, но пластинок под микроскопом не видно).

От размера колонии и дисперсности зависят свойства, кроме того, технологичность при закалке (более дисперсная структура быстрее гомогенизируется при нагреве – больше dC/dX, например, важно при нагреве ТВЧ).

До- и заэвтектоидные стали На С – кривых дополнительная линия выделения Ф или Ц₂. Если охлаждать очень медленно, соотношение Ф (Ц) и П можно подсчитать по диаграмме, но Ф (Ц) может быть меньше. Продолжение линий GS и SE на диаграмме дает треугольник. Если переохлажденный А попадает в этот треугольник, то избыточной (свободной) фазы нет, сразу эвтектоидный рост колоний. Квазиэвтектоид (псевдоперлит) имеет либо меньше 0,8%С (в доэвтектоидной стали), либо больше 0,8%С (в заэвтектоидной). Если не в треугольник, а рядом, то уменьшенное количество избыточной фазы, сетка Ф или Ц (так как выделение начинается по границам зерен А), количество можно Ф (Ц) и П можно подсчитать для данной Т превращения.

Превращение А---П при непрерывном охлаждении

При ТО чаще А----П идет при непрерывном охлаждении (на воздухе, в воде, масле и др.). Наложение кривой охлаждения на С-кривую дает небольшую погрешность, но в целом удобно. ФП идет в интервале температур, тем более низком, чем больше скорость охлаждения, Значит, чем больше скорость охлаждения V_О, тем дисперснее П, больше твердость. Например, после нормализации твердость больше, чем после отжига. Если V_О больше критической, то ФП бездиффузионное (сдвиговое), закалка на мартенсит (М). В интервале температур Т_{ИП мин} – М_Н – промежуточное бейнитное превращение.

Для более точного определения оптимальных режимов ТО, вместо С-кривых, строят термокинетические (анизотермические) диаграммы – фиксирует стадии превращения при непрерывном охлаждении с разными скоростями.

Форма свободного Ф (или Ц) Избыточная ферритная фаза может быть в виде равноосных зерен или участков (обычно после отжига), сетки по границам бывших аустенитных зерен (часто после нормализации), в виде игл, шипов внутри зерен А (видманштеттовая структура, видманштеттовы пластины часто берут начало от компактных выделений Ф).

Видманштеттовая структура является признаком брака (перегрева), образуется из крупнозернистого А при ускоренном охлаждении. Она получается только при менее 0,4%С и крупном зерне А, например, в литой стали после нагрева 1100-1200^оС (перегрев) при ускоренном охлаждении в перлитном интервале (выше 600-550^оС).

Аналогичные формы могут встречаться и у избыточного Ц в заэвтектоидных сталях, но количество Ц невелико по сравнению с количеством Ф в мало- и среднеуглеродистых доэвтектоидных сталях.

Зернистый перлит (ЗП) Из однородного гомогенного А всегда образуется пластинчатый перлит (П_ПЛ). Но если в аустените остались нерастворенные карбидные частички (или хотя бы места, обогащенные углеродом), то при А----П избыточный углерод будет выделяться на готовых местах, то есть присоединяться к имеющимся зернам Ц (то есть в качестве мест зарождения работают неметаллические частицы, а не границы зерен, тем более, не дислокации). При этом будет получаться структура зернистого перлита (П_З). Зернистый перлит имеет меньше твердость и энергию, чем П_ПЛ, так как меньше площадь межфазных границ. Поэтому у П_ПЛ есть термодинамический стимул перейти в П_З, что часто и реализуют при ТО (например, ОЗП, подкритический отжиг на ЗП) или ТЦО, чтобы получить минимальную твердость и максимальную пластичность стали. Во многих случаях получается смешанная структура (П_ПЛ + П_З).

ТО на зернистый перлит – это подкритический или надкритические отжиги.

Подкритический: постепенный переход от Ппл к Пз – количество Пз зависит от времени (при данной Т-ре), дисперсность – от температуры: чем ближе к Ас1 тем меньше дисперсность и ниже твердость.

Если неполный изотермический отжиг, то при завышении Тверх аустенит слишком гомогенизируется и смешанная структура Ппл+Пз, а Т нижн определяет дисперсность: чем она выше, тем твердость ниже.

Обработка на ЗП проводится не только для снижения твердости под резание, но и для повышения пластичности под ХПД (высадка, волочение, листовая штамповка и т.п.), тогда смешанная структура может быть неудовлетворительной.

Влияние химсостава на вид и положение С-кривых.

Увеличение содержания в стали углерода (до 0,8%) смещает С-кривые вправо, то есть стабилизирует аустенит. Легирующие элементы, за исключением Co и Al, также стабилизируют аустенит, так как снижают скорость диффузии С (могут и железа) и сами диффундируют медленно. Соответственно С-кривые сдвигаются вправо, критическая скорость закалки уменьшается, прокаливаемость увеличивается.

При этом карбидообразующие легирующие элементы изменяют вид С-кривых: получаются две пары С-кривых, одна – для перлитного превращения, другая – для бейнитного. Причем эти два превращения могут тормозиться легированием в разной степени, и пары С-кривых смещаются друг относительно друга по шкале времени. При этом одно из превращений может вообще подавляться.

Кроме легирования, на устойчивость А влияет и структура. Чем крупнее зерно (меньше поверхностная энергия), чем гомогеннее А, тем он стабильнее. Поэтому повышение температуры закалки может повысить прокаливаемость.

Влияет и субмикроструктура: чем больше дислокаций и других дефектов, тем больше энергия, аустенит менее стабильный. Поэтому пластическая деформация может сдвигать С-кривые влево и снижать прокаливаемость.