Выше рассматривалось превращение аустенита в стали эвтектоидного состава.
В до- и заэвтектоидных сталях перлитному превращению должно предшествовать выделение избыточных фаз — феррита и вторичного цементита (смотрите рисунок Диаграмма состояния Fe — С). На диаграммах изотермических превращений аустенита в дои заэвтектоидных сталях должны быть нанесены линии начала образования избыточной фазы.
Диаграмма изотермического распада аустенита
Диаграмма изотермического распада аустенита в доэвтектоидиой стали (схема):
А — устойчивый аустенит; переохлажденный аустенит;
Ф — феррит;
К — карбид.
В случае непрерывного охлаждения избыточный феррит начинает образовываться при переохлаждении аустенита ниже точки А3 и продолжает зарождаться и расти до температур ниже точки А1. При росте феррита углерод накапливается в аустените перед фронтом превращения, так как феррит почти не содержит углерода.
При температурах ниже А1 в этих обогащенных углеродом участках аустенита могут зародиться цементитный кристалл и соответственно перлитная колония. Для этого состав аустенита не обязательно должен достигать концентрации 0,8% С. В перлите (сорбите, троостите), образовавшемся из аустенита с содержанием менее 0,8% С, увеличена доля ферритных промежутков.
Такой эвтектоид с повышенным против равновесной концентрации эвтектоидной точки содержанием железа был назван А. А. Бочваром квазиэвтектоидом. В заэвтектоидных сталях квазиэвтектоид обогащен углеродом по сравнению с составом точки S.
Скорость кооперативного роста двухфазной колонии, связанного с диффузией на короткие расстояния параллельно фронту превращения (в отличие от диффузии на большие расстояния перпендикулярно фронту превращения при росте избыточного феррита), сравнительно высока, и перлитное превращение быстро охватывает весь объем аустенита. Поэтому после начала перлитного превращения образование избыточного феррита практически прекращается.
Относительное количество структурно свободной избыточной фазы зависит от степени переохлаждения аустенита. На рисунке представлены структуры стали с 0,6% С, полученные при разных скоростях охлаждения.
С увеличением скорости охлаждения уменьшается количество успевающего обособленно вырасти избыточного феррита. При достаточно большом переохлаждении образование избыточной фазы в виде самостоятельной структурной составляющей полностью предотвращается и сталь неэвтектоидного состава приобретает чисто квазиэвтектоидную структуру.
Микроструктура стали 60
Микроструктура стали 60. X200:
а — охлаждение с печью;
б — охлаждение на воздухе.
Форма избыточных фаз зависит от степени переохлаждения аустенита и размера аустенитного зерна. При небольших переохлаждениях избыточный феррит в виде компактных кристаллов появляется предпочтительно на границах аустенитных зерен, образуя так называемую ферритную сетку.
Начиная с некоторой степени переохлаждения от этих компактных кристаллов или непосредственно от границ аустенитных зерен растут пластины феррита, примерно параллельные плоскости {111}А, т. е. образуется видманштеттова структура (смотрите ниже рисунок Микроструктура доэвтектидной стали).
Причиной такой кристаллографической ориентации пластин избыточного феррита является выполнение принципа структурного соответствия: {111}А ǁ {110}Ф. Эти плоскости плотнейшей упаковки в г. ц. к. и о. ц. к. решетках имеют очень близкое строение.
С увеличением размера аустенитного зерна температура начала образования видманштеттовой структуры повышается. Поэтому видманштеттова структура наиболее ярко проявляется в литых сталях, где аустенитное зерно крупное, и в сталях, перегретых при термообработке.
Вторичный цементит при небольших переохлаждениях выделяется в виде прожилок (сетки) по границам аустенитных зерен (смотрите ниже рисунок Микроструктура заэвтектидной стали У12), а с увеличением переохлаждения образует и пластины (иглы) внутри аустенитного зерна.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков