Главная / Теория термической обработки металлов / Отжиг второго рода / Отжиг сталей / Скорость роста эвтектоидной колонии и межпластиночное расстояние

Скорость роста эвтектоидной колонии и межпластиночное расстояние

Скорость роста колонии и межпластиночное расстояние (суммарная толщина пластин феррита и цементита или, что то же самое, расстояние между серединами ближайших одноименных пластин) постоянны при данной степени переохлаждения аустенита.

Зинер предположил, что толщина пластин зависит от следующих факторов:

  • чем тоньше пластины обеих фаз, тем меньше пути диффузии углерода на фронте превращения и тем быстрее совершается его перераспределение, необходимое для кооперативного роста колонии;
  • с утонением пластин возрастает суммарная поверхность их раздела и, следовательно, уменьшается разность ΔFоб — ΔFпов, являющаяся результирующей движущей силой превращения.

При данной степени переохлаждения, т. е. при определенной величине разности свободных энергий аустенита и перлита (ΔFоб), устанавливается такое межпластичное расстояние, при котором скорость роста, управляемая указанными факторами, максимальна.

С увеличением степени переохлаждения ΔT возрастает ΔFоб, что позволяет развиться большей поверхности Ф/Ц — межпластиночное расстояние в перлите уменьшается.

Росту перлитной колонии с относительно высокой скоростью при любых переохлаждениях способствует низкая межфазная энергия на границе пластин феррита и цементита вследствие соблюдения здесь принципа структурного соответствия. Пластины сопрягаются гранями (101)ц и {112}ф или (001)ц и {125}ф.

Соответствующие кристаллографические плоскости в решетках феррита и цементита имеют очень близкое строение. Указанная благоприятная для кооперативного роста взаимная ориентация фаз возникает, возможно, уже при эпитаксиальном зарождении одной из фаз на другой (смотрите рисунок Схема зарождения и роста двух перлитных колоний).

По поводу начального этапа зарождения перлитной колонии существует и другая точка зрения, согласно которой при формировании зародышей не образуются сначала одна, а затем другая фаза, а постепенно одновременно обе фазы развиваются в регулярную структуру из чередующихся пластин, кооперативный рост которых и представляет собственно перлитное превращение. 

Межпластиночное расстояние в перлите — важнейшая структурная характеристика. С его уменьшением прочностные свойства стали возрастают.


Пластинчатый перлит в эвтектоидной стали

Пластинчатый перлит в эвтектоидной стали

Пластинчатый перлит в эвтектоидной стали

Пластинчатый перлит в эвтектоидной стали:

а — X200;
б — X1200.


В эвтектоидной стали при распаде аустенита в области температур от А1 до~650 °С межпластиночное расстояние в колониях равно 0,5 — 1 мкм, двухфазное строение колоний хорошо видно при средних увеличениях микроскопа. Такой эвтектоид называют перлитом.

При распаде аустенита в интервале температур примерно 650 — 600 °С межпластиночное расстояние равно 0,4 — 0,2 мкм, двухфазное строение колоний выявляется лишь при больших увеличениях светового микроскопа (предельное разрешаемое расстояние светового микроскопа ~0,2 мкм).

Такой эвтектоид называют сорбитом.
Распад аустенита в интервале температур 600 — 500 °С дает очень тонкую эвтектоидную смесь с межпластиночным расстоянием около 0,1 мкм. Двухфазное строение такого эвтектоида, называемого трооститом, выявляется только под электронным микроскопом.

При непрерывном охлаждении указанные структуры образуются в углеродистой эвтектоидной стали в следующих условиях: перлит — при охлаждении стали из аустенитного состояния вместе с печью со скоростью несколько градусов в минуту, сорбит — при охлаждении на воздухе со скоростью несколько десятков градусов в минуту, троостит — при охлаждении в масле со скоростью несколько десятков градусов в секунду. 

В стали с 0,8%С твердость перлита, сорбита и троостита равна приближенно 170 — 230, 230 — 330 и 330 — 400 НВ соответственно.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Патентирование

Для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволоки применяют изотермическую обработку, которая известна с 70-годов XIX в. и получила название патентирования. Проволоку из углеродистых сталей, содержащих от 0,45 до 0,85%С, нагревают в проходной печи до температуры на 150 — 200 °С выше Ас3, пропускают через свинцовую или соляную ванну с температурой 450 — 550 °С…

Изотермический отжиг

Малая степень переохлаждения аустенита, необходимая при отжиге, может быть получена не только при непрерывном охлаждении стали с печью. Другой путь — ступенчатое охлаждение с изотермической выдержкой в интервале перлитного превращения (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали). Такая термообработка называется изотермическим отжигом. После нагрева до температуры выше А3 сталь ускоренна охлаждают до температуры…

Нормализация

При нормализации сталь нагревают до температур на 30 — 50 °С выше линии GSE и охлаждают на воздухе (смотрите рисунок Температура нагрева сталей для отжига 2-го рода). Ускоренное по сравнению с отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали). Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида…

Влияние режима сфероидизирующего отжига

Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный «интервал отжигаемости». Нижняя его граница должна находиться немного выше точки А1, чтобы образовалось большое число центров выделения карбида при последующем охлаждении. Верхняя граница не должна быть слишком высокой, так как иначе из-за растворения в аустените центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит. Так как точки…

Сфероидизирующий отжиг

Для заэвтектоидных сталей полный отжиг с нагревом выше Аст (линия ES) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механические и другие свойства. К заэвтектоидным углеродистым сталям широко применяют отжиг с нагревом до 740 — 780 °С и последующим медленным охлаждением. После такого нагрева в аустените…