Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту

Якщо сталь з вихідною структурою аустеніту, який отриманий в результаті нагрівання до температури вище А_с3 ( для доевтектоїдної сталі) чи вище Асm ( для заевтектоїдної сталі), переохолодити до температури А₁, то аустеніт стає метастабільним і зазнає перетворення.

Для опису кінетики перетворення переохолодження аустеніту користуються експериментально побудованими діаграмами час – температура, ступінь розпаду або діаграми ізотермічного перетворення аустеніту, тобто перетворення, що протікає при постійній температурі ( ТТТ – time – temperature – transformation).

Діаграма ізотермічного перетворення аустеніту складається з двох кривих – початку розпаду аустеніту і повного його розпаду. Область, яка лежить зліва від кривої початку розпаду аустеніту відноситься до інкубаційного періоду; в інтервалі температур і часу, що визначаються цією областю, існує переохолоджений аустеніт, який практично не зазнає помітного розпаду. Тривалість інкубаційного періоду характеризує стійкість переохолодженого аустеніту. При збільшенні переохолодження його стійкість швидко зменшується, і досягає мінімуму, а далі знову зростає.

При температурі найменшої стійкості аустеніту швидкість переохолодження дуже велика. Зменшення стійкості аустеніту і збільшення швидкості його перетворення при збільшені ступеня переохолодження, пояснюється зростанням різниці вільних енергій аустеніту і фериту. При цьому зменшується розмір критичного зародка, який здатний до росту, та збільшується кількість об’ємів у вихідному аустеніті, у яких можуть виникати зародки нових фаз – фериту і цементиту. Підвищення стійкості аустеніту і зменшення швидкості його перетворення при великих ступенях переохолодження визначається зниженням швидкості утворення і росту нових фаз внаслідок уповільнення процесу дифузії.

При переохолодженні аустеніту до температури, яка рівна чи нижча мартенситній точці (Мn), що відповідає температурі початку перетворення переохолодженого аустеніту в мартенсит, дифузійні процеси повністю подавляються і утворення структури, яка складається із фериту і цементиту, стає неможливою. У цьому випадку протікає бездифузійне перетворення аустеніту в структуру загартованої сталі, що називається мартенситом.

В залежності від ступеня переохолодження аустеніту розрізняють три температурні області, чи стадії перетворення:

- перлітну

- область проміжного перетворення

- мартенситну

Перлітна область у вуглецевих сталях розповсюджується на інтервал температур від точки А₁ до вигину ізотермічної діаграми ( ~ 550⁰С). При даних температурах відбувається дифузійний розпад з утворенням структури фериту і цементиту – перліту.

Проміжне перетворення протікає при температурах від вигину кривої ( ~ 550⁰С) до точки Мn. Це перетворення має ряд особливостей, які характерні як для перлітного ( дифузійного) так і для мартенситного ( бездифузійного) перетворення. Як результат, при перетворенні переохолодженого аустеніту, утворюється структура, що називається бейнітом.

Нижче температури, що відповідає точці Мn, переохолоджений аустеніт бездифузійно перетворюється у мартенсит.