Главная / Теория термической обработки металлов / Отжиг второго рода / Отжиг сталей / Превращения аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях

Превращения аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях

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

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 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

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…