Диаграмма изотермических превращений для заэвтектоидных сталей

Содержание
  1. 3. Диаграмма изотермического превращения аустенита
  2. Читайте также
  3. 3. Диффузионные и бездиффузионные превращения
  4. 1. Диаграмма железо—цементит
  5. 1. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей
  6. 30. Закон сохранения и превращения энергии
  7. ПРЕВРАЩЕНИЯ САМОВАРА
  8. 5.3.1. Диаграмма «причины – результат»
  9. 5.3.2. Диаграмма Парето
  10. 2.9. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ
  11. 12. Фазовые превращения в твердом состоянии
  12. 33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения
  13. 37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств
  14. 40. Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения, микроструктуру и свойства стали; принципы разработки легированных сталей
  15. Изотермическое превращение аустенита

3. Диаграмма изотермического превращения аустенита

3. Диаграмма изотермического превращения аустенита

На рис. 10 представлена диаграмма изотермического превращения аустенита стали, содержащей 0,8 % углерода.

По оси ординат откладывается температура. По оси абсцисс – время.

Рис. 10. Диаграмма изотермического превращения аустенита стали, содержащей 0,8 % углерода

Для изучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита, т. е. выше критической точки, а затем быстро охлаждают, например до +700, +600, +500, +400, +300 °C и т. д., и выдерживают при

этих температурах до полного распада аустенита. Изотермическое превращение аустенита эвтектоидной стали происходит в интервале температур от +727 до +250 °C (температуры начала мартенситного превращения – Мн). На диаграмме – две С—образные кривые. Кривая I указывает время начала превращения, кривая II – время конца превращения переохлажденного аустенита. Период до начала распада аустенита называют инкубационным. При +700 °C превращение аусте—нита начинается в точке а и заканчивается в точке b, в результате этого процесса образуется перлит. При температуре +650 °C распад аустенита происходит между точками а 1 и b 1 . В этом случае образуется сорбит – тонкая (дисперсная) механическая смесь феррита и цементита. Сталь, в которой доминирует структура сорбита, имеет твердость 30–40 HRC. Такая сталь обладает высокой прочностью и пластичностью. Устойчивость аустенита в значительной мере зависит от степени переохлаждения. Наименьшую устойчивость аустенит имеет при температурах, близких к +550 °C. Для эвтектоид—ной стали время устойчивости аустенита при температурах от + 550 до +560 °C – около 1 с. По мере удаления от температуры +550 °C устойчивость аустенита возрастает. Время устойчивости при +700 °C составляет 10 с, а при +300 °C – около 1 мин. При охлаждении стали до +550 °C (точки начала и конца распада – a 2 и b 2 соответственно – на диаграмме) аусте—нит превращается в троостит – смесь феррита и цементита, которая отличается от перлита и сорбита высокой степенью дисперсности составляющих и обладает повышенной твердостью (40–50 HRC), прочностью, умеренной вязкостью и пластичностью. Ниже температуры +550 °C в результате промежуточного превращения аустенита (в температурном интервале, расположенном ниже перлитного, но выше мартенси—тного превращения) образуется структура бейнита, состоящая из смеси насыщенного углеродом феррита и карбидов (цементита). При медленном охлаждении аустенит превращается в перлит, а при большой скорости охлаждения переохлажденный аустенит полностью переходит в сорбит. При еще больших скоростях охлаждения образуется новая структура – троостит. При наибольших скоростях охлаждения образуется только мартенсит, т. е. пересыщенный твердый раствор углерода в? – железе. Скорость охлаждения, при которой из аусте—нита образуется только мартенсит, называют критической скоростью закалки. Аустенит, который сохраняется в структуре стали при комнатной температуре наряду с мартенситом, называют остаточным. Закаленные высоколегированные стали содержат остаточный аустенит в больших количествах, а низкоуглеродистые его почти не имеют.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

3. Диффузионные и бездиффузионные превращения

3. Диффузионные и бездиффузионные превращения Под диффузией понимают перемещение атомов в кристаллическом теле на расстояния, превышающие средние межатомные расстояния данного металла. Если перемещения атомов не связаны с изменением концентрации в отдельных объемах,

1. Диаграмма железо—цементит

1. Диаграмма железо—цементит Диаграмма железо—цементит охватывает состояние железоуглеродистых сплавов, которые содержат до 6,67 % углерода. Рис. 7. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов (сплошные линии – система Fe—Fe 3 C; штриховые – система Fe—C)Углеродистые

1. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей

1. Влияние легирующих компонентов на превращения, структуру, свойства сталей Легирующие компоненты или элементы, вводимые в стали в зависимости от их взаимодействия с углеродом, находящемся в железоуглеродистых сплавах, подразделяют на карбидо—образующие и

30. Закон сохранения и превращения энергии

30. Закон сохранения и превращения энергии Первый закон термодинамики основан на всеобщем законе сохранения и превращения энергии, который устанавливает, что энергия не создается и не исчезает.Тела, участвующие в термодинамическом процессе, взаимодействуют друг с

ПРЕВРАЩЕНИЯ САМОВАРА

ПРЕВРАЩЕНИЯ САМОВАРА Для начала давайте поставим самовар.Было углей в самоваре полно, а вскипел самовар — и на дне одна зола. Где угли?Как где? Сгорели. С кислородом соединились. Обернулись летучим газом и улетели в трубу. Это каждый знает. А кто не поверит, те могут газ

Читайте также:  Маркой инструментальной высококачественной стали является

5.3.1. Диаграмма «причины – результат»

5.3.1. Диаграмма «причины – результат» Диаграмма «причины – результат» предложена проф. Каору Исикава (Япония) для структуризации отношений между некоторым заранее определенным показателем качества и множеством факторов, которые могут влиять на этот показатель. Эта

5.3.2. Диаграмма Парето

5.3.2. Диаграмма Парето Цель построения диаграммы Парето – выделение главных (доминирующих) однородных факторов, влияющих на качество продукции или услуги.Область применения диаграммы Парето для целей сертификации примерно такая же, как и предыдущей. Разница в том, что

2.9. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ

2.9. ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ ЭНЕРГИИ В связи с открытием фундаментального физического явления — электромагнитной индукции, на основе которого получили развитие многие ветви современной электротехники, уместно рассмотреть здесь историю

12. Фазовые превращения в твердом состоянии

12. Фазовые превращения в твердом состоянии Фаза – это однородная часть системы, которая отделена от другой части системы (фазы) поверхностью раздела, при переходе через которую химический состав или структура изменяются скачком.При кристаллизации чистого металла в

33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения

33. Гомогенизационный отжиг, изменение структуры и свойств при гомогенизационном отжиге. Закалка с полиморфным превращением. Закалка без полиморфного превращения Отжиг – операции нагрева и медленного охлаждения стали с целью выравнивания химического состава,

37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств

37. Отпуск сталей. Превращения в стали при отпуске, изменение микроструктуры и свойств Отпуском называется операция нагрева закаленной стали для уменьшения остаточных напряжений и придания комплекса механических свойств, которые необходимы для долголетней

40. Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения, микроструктуру и свойства стали; принципы разработки легированных сталей

40. Классификация и маркировка легированных сталей. Влияние легирующих элементов на превращения, микроструктуру и свойства стали; принципы разработки легированных сталей Легированная сталь – это сталь, которая содержит кроме углерода и обычных примесей, другие

Источник

Изотермическое превращение аустенита

Изотермическое превращение аустенита — это превращение переохлаждённого аустенита при постоянной температуре.

Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита — твёрдого раствора углерода в γ-железе, на почти чистое α-железо и цементит.

Реакция изотермического превращения аустенита: Feγ(C) → Feα + Fe3C (Цементит)

При температуре равновесия A1 превращение аустенита в перлит невозможно, так как при этой температуре свободные энергии исходного аустенита и конечного перлита равны. Превращение может начаться лишь при некотором переохлаждении.

На рисунке показано время превращения аустенита в перлит в зависимости от степени переохлаждения, т.е. превращение переохлаждённого аустенита при постоянной температуре. Поэтому такие диаграммы обычно называют диаграммами изотермического превращения аустенита. Кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита имеют вид буквы С, поэтому их часто называют С-образными или просто С-кривыми. Горизонтальная линия M показывает температуру начала бездиффузного мартенситного превращения.

Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходил процесс его распада. См. Перлит, Сорбит, Троостит (тростит), Бейнит.

Связь между характером изотермического превращения аустенита, содержанием углерода и температурой показывает обобщённая диаграмма превращения переохлаждённого аустенита в углеродистой стали.

В зависимости от содержания углерода и степени переохлаждения мы имеем такие области превращений аустенита:

I — превращение аустенит → перлит;

II — предварительное выделение феррита и затем превращение аустенит → перлит;

III — предварительное выделение цементита и затем превращение аустенит → перлит;

IV — превращение аустенит → бейнит;

V — превращение аустенит → мартенсит и распад остаточного аустенита с образованием бейнита;

VI — превращение аустенит → мартенсит;

VII — переохлаждённый аустенит сохраняется без превращения.

После рассмотрения процесса превращения аустенита при постоянной температуре и разных степенях переохлаждения можно перейти к рассмотрению процесса распада аустенита при непрерывном охлаждении, когда сталь, нагретая до аустенитного состояния, охлаждается с разной скоростью.

Диаграмма изотермического распада аустенита строится в координатах температура-время; в этих же координатах изображаются и кривые охлаждения.

Для более точной оценки превращений, совершающихся при непрерывно меняющейся температуре, пользуются так называемыми теркмокинетическими илианизотермическими диаграммами превращений аустенита, диаграммами, характеризующими превращение аустенита при различных скоростях охлаждения.

Хотя диаграммы изотермического превращения аустенита дают много сведений о характере превращений, на практике изотермичность превращения достигается далеко не всегда.

Для полной информации о превращении аустенита той или иной марки стали необходимы как диаграммы изотермического превращения аустенита, так и анизотермического превращения, а также ряд дополнительных сведений: марка и состав стали, температура нагрева, размер зерна аустенита, а также свойства (хотя бы твёрдость) продуктов распада и соотношение структурных составляющих.

Читайте также:  Вентиль фланцевый нержавеющей стали

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

(второе основное превращение в стали)

При охлаждении аустенита (А) ниже температуры Ас1происходит его превращение в перлит (П = Ф + Ц), за­ключающееся в перестройке решеток g- в a -железо и вы­делении цементита. Но следует отметить, что как для образования зародышей цементита, содержащего 25 % (ат.) С, так и для возникновения феррита (в a — решетке растворяется лишь 0,023 % С), важную роль играют флуктуации углерода.

Кинетика превращения А ® П как и П ® А подчиняет­ся общим закономерностям фазовых превращений, рас­смотренным в гл. I, при анализе процесса кристал­лизации.

Как и при кристаллизации из жидкости, скорость пре­вращения А ® П определяется скоростями зарождения центров превращения и их роста (см. рис. 12).

Но при рассмотрении превращения А ® П(Ф+Ц) следует учи­тывать, что в системе существуют не две, а три фазы и при оценке флуктуаций энергии, связанных с появле­нием зародышей, т. е. областей с новой упаковкой ато­мов, необходимо рассматривать отдельно вероятность появления фаз различного состава.

Обусловленный пе­реохлаждением системы выигрыш свободной энергии бу­дет расходоваться на образование поверхности раздела фаз и на их дальнейший рост.

Скорость процесса превращения аустенита в перлит описывается той же формулой, что и превращение перлита в аустенит, но только с различными численными значениями констант. Следовательно, скорость распада аустенита, как и других фазовых превращений, зависит от двух факторов, но основным является степень переохлажде­ния DT. Выигрыш свободной энергии смеси Ф+Ц, по сравнению со свободной энергией аустенита, с увеличе­нием переохлаждения растет, но чем больше DT, тем ниже температура превращения и тем медленнее протекает диффузия. Поэтому имеется некоторая оптималь­ная величина переохлаждения, при которой процесс А ® П идет с максимальной скоростью. Это — тем­пература минимальной устойчивости аустенита.

Рис. 70. Схема зарождения новых перлитных колоний

в зернах аустенита при охлаждении:

1 — первичные пластинки цементита в феррите;

2 — вторичные пластинки це­ментита в феррите; 3 — колонии перлита

Зарождение новых перлитных колоний и перестройка начинаются обычно у границ аустенитных зерен (рис. 70) и ведущей фазой является феррит.

При охлаждении гомогенного аустенита (в эвтектоидной стали), образовавшиеся кристаллы феррита и це­ментита (перлита), имеют пластинчатую форму (рис. 71).

Рис. 71. Схема структуры пластинчатого перлита

В углеродистой эвтектоидной стали «толщи­на» пластинок феррита почти не зависит от вели­чины исходного зерна ау­стенита, но существенно уменьшается с увеличени­ем степени переохлаждения. При небольших переохлаждениях толщина пластинок близка к 1000 нм, а с уве­личением переохлаждения снижается до 100…200 м.

В зависимости от полусуммы толщин пластинок феррита и цементита d, различают перлит (d = 700…800 нм), сорбит (d…до 400 нм) и троостит (d до 100…200 нм).

С увеличением степени дисперсности структур пер­литного типа растет прочность и твердость сталей, но снижается пластичность. Лучшим сочетанием прочности и пластичности облада­ют сорбитные стали.

В неоднородном по концентрации углерода аустените (например, в заэвтектоидных сталях при температуре ниже точки Aсм) может образоваться не пластинчатый, а зернистый перлит, в кото­ром цементитные частицы имеют форму зернышек. По-видимому, в этих случаях ведущей фазой является це­ментит.

Рис. 72. Схема построения диаграммы изотермического распада

аустенита для эвтектоидной стали:

а — кинетические кривые превращения при разных температурах (t1 > t2 > t3);

Зависимость количества образовавшегося перлита описывают кинетической кривой (рис. 72, а). Видно, что на кривой имеется некоторый инкубационный период, период быстрого протекания про­цесса и период его затухания. Максимальная скорость процесса соответствует, примерно, моменту полураспада. Началу собственно перлитного превращения в доэвтектоидных сталях предшествует выделение избыточного фер­рита.

Влияние переохлаждения на устойчивость аустенита и скорость его превращения в перлит обычно представ­ляют в виде диаграмм в координатах температура пре­вращения — десятичный логарифм времени (рис. 72, б), которые строят по кривым типа приведенных на рис. 72, а. Эти диаграммы удобно рассматривать на примере эвтектоидной стали.

Изотермическое превращение А ® П в указанной ста­ли происходит в интервале температур между 727 °С (температура выше которой аустенит в стали устойчив) и 210 °С (температура, ниже которой в этой стали начинается бездиффузионное мартенситное превращение, о котором речь пойдет в следующем разделе.

В области диаграммы, ограниченной С — образными кривыми1 и 2 и происходит превращение А ® П . Линия 1 соответствует началу превращения, линия 2 его кон­цу. Левее линии 1 существует устойчивый аустенит, пра­вее линии 2 продукты распада аустенита — Ф + Ц.

Как видно из диаграммы, аустенит наименее устой­чив при температуре 550 °С (в эвтектоидной стали время его устойчивости составляет примерно 1,5 с).

Как выше, так и ниже этой температуры, устойчивость аустенита увеличивается. Наличие минимума устойчиво­сти аустенита объясняется тем, что уменьшение скорости диффузии железа при понижении температуры, компен­сируется увеличением вероятности образования зароды­ша феррита именно при температуре 550°С. При переохлаждениях ниже 550 °С скорость превращения А ® П уменьшается из-за уменьшения скорости роста зароды­шей феррита до критического размера.

Читайте также:  Ручка скоба дверная нержавеющая сталь

В зависимости от величины переохлаждения на ука­занных диаграммах, различают область перлитного пре­вращения (от AС1 до 550° С) и бейнитного (от 550 °С до точки Мн) или промежуточного превращения.

Промежу­точным оно называется потому, что обладает как чер­тами диффузионного перлитного превращения, так и не­которыми чертами бездиффузионного мартенситного превращения.

Различают структуру верхнего бейнита, который об­разуется при температурах близких к 550 °С и нижнего бейнита, образующегося при температурах близких к Мн. Структура верхнего бейнита (рис. 73, а) похожа на перлитную, т. к. она, как можно видеть при больших увеличениях, — пластинчатая, а структура нижнего бейнита (рис. 73, б), как правило, — игольчатая.

Кинетика перлитного превращения зависит, прежде всего, от химического состава сталей. В углеродистых сталях наиболее устойчивым, характеризующимся самым большим инкубационным периодом, является аустенит эвтектоидного состава. При отклонении содержания уг­лерода от эвтектоидного, инкубационный период умень­шается.

Легирующие элементы оказывают сильное влияние на устойчивость аустенита и кинетику перлитного пре­вращения.

Рис. 73. Микроструктуры бейнита:

а — верхнего (среднеуглеродистая сталь с 0,6% С); б — нижнего бейнита – игольчатого

(сталь с 0,54 %С, 1,2 % Сr, 0,48 % Мо, 4,12% Ni 0,82 % W)

Рис. 74. Диаграмма изотермического превращения аустенита в стали 12ХН3А

Такие элементы как хром, никель и особенно молиб­ден повышают устойчивость аустенита, кобальт же на­оборот, сильно понижает. Ес­ли в состав аустенита входят карбидообразующие легиру­ющие элементы или крем­ний, на диаграмме изотермического превращения аустенита может быть два минимума устойчивости аустенита, соответствующих пер­литному и бейнитному (промежуточному) превращениям (рис. 74).

Эти две области разделены областью относительной ус­тойчивости аустенита. Бейнитное превращение в легиро­ванных сталях имеет особенности по сравнению с углеро­дистыми сталями. В легированных сталях бейнитное пре­вращение протекает не до конца. Часть аустенита, по-видимому, более легированная хромом, при изотермиче­ской выдержке не распадается, а при дальнейшем пони­жении температуры может лишь частично превращаться в мартенсит либо вообще не претерпевать превращения.

Легированная сталь в результате бейнитного превраще­ния имеет структуру, состоящую из некоторого количест­ва мартенсита и доли нераспавшегося аустенита.

Если сталь легирована несколькими элементами, то они могут по-разному действовать на устойчивость аусте­нита в перлитной и бейнитной областях. Так, в низкоуглеродистых сталях с повышенным содержанием никеля, молибдена и вольфрама, превращение в перлитной обла­сти протекает настолько медленно, что экспериментально даже не фиксируется, и на диаграмме существуют лишь линии, соответствующие бейнитному превращению. В других же сталях, например, содержащих 0,4 % С и 10…12 % Сr, в перлитной области скорость превра­щения велика, а в бейнитной ее зафиксировать не уда­ется.

Легирующие элементы влияют и на степень дисперс­ности перлита. Так, кобальт уменьшает размеры пластин, а марганец и молибден — увеличивают. Причем, если в легированных сталях содержатся ярко выраженные карбидообразующие элементы (Ti, V, Nb и др.), то вме­сто цементита часто образуются пластины специальных карбидов (M7С3, M23С6).

В этом случае при одинаковых переохлаждениях пластинки специальных карбидов мень­ше, чем пластины цементита.

Влияние легирующих элементов на кинетику перлит­ного превращения связано с тем, что они замедляя диф­фузию (предельно на 2…3 порядка), прежде всего, позво­ляют значительно увеличить степень переохлаждения аустенита, т. е. понизить температуру превращения А ® П. Кроме того, они снижают не только скорость превращения, но и скорость образования карби­дов.

При очень высоких степенях переохлаждения аустенита резко снижается диффузионная подвижность атомов. (В частности, у эвтектоидной стали она близка к нулю при температуре 240°С). При таких температурах g-железо превращается в a-железо, а весь растворенный в g-железе углерод не успевает покинуть раствор и перенасыщает a-железо. Перенасыщенный раствор углерода в a-железе называют мартенситом.

Мартенсит — неравновесная фаза. В равновесии a-железо растворяет максимум 0,006% углерода, а мартенсит может содержать углерода столько, сколько его было в исходном аустените. В результате этого решетка a-железа теряет кубичность и становится тетрагональной. Из-за этого появляются избыточные внутренние напряжения, и мартенсит оказывается очень твёрдой и хрупкой фазой.

Мартенситное превращение наблюдается при скоростях охлаждения аустенита выше критической (vкр). При таких скоростях охлаждения удаётся обойти зону перлитного превращения 3 и попасть в зону мартенситного превращения 5 (рис. 7.2.).

Мартенситное превращение начинается при температуре МН и заканчивается при температуре МК. Его особенностью является то, что оно идёт только при непрерывном охлаждении. Остановка в охлаждении приводит к стабилизации аустенита, и последующее охлаждение уже не приводит к его распаду. Превращение имеет бездиффузионный, сдвиговый характер. Поэтому кристаллическая решетка мартенсита оказывается строго ориентированной по отношению к решетке исходной фазы — аустенита. Превращение идёт с большой скоростью (≈1000 м/с). Зёрна мартенсита растут до пересечения с границами зёрен аустенита, а последующие его пластины вырастают под углом 60° или 120° к первоначальным.

Источник