Фазовые превращения при охлаждении

Важнейшими фазовыми превращениями аустенита при охлаждении являются перлитное, бейнитное (промежуточное) и мартенситное. Изучению кинетики и механизма этих превращений посвящены работы М.Е. Блантера, А.П. Гуляева, Г.В. Курдюмова, Б.Я. Любова, М. Инагаки, Р. Кана и др.

Реализуемый в конкретных условиях термообработки или сварки тип превращения предопределяется двумя основными факторами: термодинамическим стимулом и степенью развития релаксационных процессов. Система в процессе превращений аккумулирует упругую энергию из-за различий кристаллических структур и удельных объемов исходной и конечной фаз. При этом энергетический баланс определяется как накоплением упругой энергии, так и релаксацией. Причем в случае образования когерентных границ исходной и конечной фаз роль поверхностной энергии значительно меньше, чем упругой. При возникновении некогерентных границ соотношение указанных энергий обратное. Необходимо также учитывать вклад в энергетический баланс системы дефектов кристаллического утроения, растворенных атомов примесных элементов, неметаллических включений. Механизм влияния перечисленных факторов требует дальнейшего изучения. Поэтому не случайно, что до настоящего времени все еще отсутствует единая теория полиморфных превращений в сталях под воздействием термических циклов сварки и термической обработки.

Мерой энергетических барьеров, которые преодолеваются атомами при их перемещении в процессе полиморфных превращений, является энергия активации. Энергия активации диффузии углерода в аустените, составляющая 116…121 кДж/моль, повышается в присутствии Сг, Мо, W (до 150…162 кДж/моль. Причем энергия активации диффузии указанных легирующих элементов в аустените составляет 250…333 кДж/моль. Энергия активации самодиффузии железа при введении в сталь 4…8 % Сr возрастает от 283 до 312 и 375 кДж/моль, соответственно.

Фазовые превращения при термической обработке сталей и их сварке протекают в переменных температурно-временных условиях, поэтому для их анализа целесообразно использовать диаграммы анизотермического (термокинетического) превращения аустенита (см. рис. 32, а), а для анализа состава конечных структур – структурные диаграммы (рис. 32, б). Схематизация, принятая на рис. 32, позволяет определить такие важные параметры, характеризующие кинетику процесса γ → α-превращения, как длительность охлаждения до появления в структуре бейнита (τ_б), феррита (τ_ф), перлита (τ_п), и сопоставить их с длительностями охлаждения в интервале температур 600…500 ⁰С и 800…500 ⁰С, соответствующими заданным термическим циклам сварки.