Кинетика бейнитного превращения

В бейнитном интервале температур, так же как и в перлитном, переохлажденный аустенит начинает распадаться после некоторого инкубационного периода.

На диаграмме изотермического распада углеродистой стали бейнитное превращение не обособлено от перлитного: зависимость инкубационного периода от температуры изображается одной С-кривой.

Минимум инкубационного периода (изгиб С-кривой) у углеродистой стали находится в перлитной области. Ниже этого изгиба с понижением температуры изотермического превращения наблюдается постепенный переход от перлитной области к бейнитной.

При этом вначале происходит бейнитное превращение, а затем при увеличении изотермической выдержки — перлитное. В результате структура стали состоит из верхнего бейнита и тонкопластинчатого перлита. С понижением температуры превращения доля перлита уменьшается и, начиная с некоторой температуры ниже изгиба С-кривой, образуется только бейнит.

Обособленность бейнитного превращения от перлитного очень хорошо выявляется на диаграммах изотермического распада аустенита в легированных сталях. У сталей, легированных карбидообразующими элементами (Cr, W, Мо и др.), под С-кривыми перлитного распада находятся С-кривые начала и конца бейнитного превращения.

Области перлитного и бейнитного превращений в этих сталях могут частично перекрываться. Например, на рисунке,б показано, что при 500 °С через 100 с начинается бейнитное превращение, которое примерно через 60 мин от начала изотермической выдержки переходит в перлитное.


Диаграммы изотермического распада аустенита

Диаграммы изотермического распада аустенита

Диаграммы изотермического распада аустенита легированных сталей с обособленными С-кривыми перлитного и бейнитного превращений:

а — сталь ШХ15 с 1,07% С и 1,52% Cr (И. Л. Маркин, А. И. Розанов);
б — сталь с 0,43% С, 1,22% С, 0,82 % Mn и 0,11 % V (Розе и Петер); 1 — (начало образования феррита; 2 — начало образования перлита; 3 — конец образования перлита; 4 — начало образования бейнита; 5 — конец образования бейнита;
в — сталь с 0,4в% С и 3,92% Cr (Розе и Петер), 1 — начало образования перлита; 2 — конец образования перлита; 3 — начало образования бейнита; 4 — конец образования бейнита.


У высоколегированных сталей С-кривые перлитного и беинитного превращения могут быть разделены температурным интервалом высокой устойчивости переохлажденного аустенита, в котором перлитный распад не происходит в течение многих часов, а для бейнитного превращения переохлаждение еще недостаточно велико.

Максимальную температуру на С-кривой начала бейнитного превращения обозначают точкой Вн. Выше этой точки аустенит не превращается в бейнит.

Кинетика бейнитного превращения похожа на кинетику перлитного не только наличием инкубационного периода, но и характером нарастания объема во время изотермической выдержки: вначале доля превращенного объема аустенита нарастает с ускорением, а затем с замедлением (смотрите кинетическую кривую на рисунке Кинетика фазового превращения при постоянной температуре). Вместе с тем во многих легированных сталях бейнитное превращение имеет характернейшую особенность мартенситного превращеаия — оно не доходит до полного исчезновения аустенита.

Каждая точка на С-кривой конца бейнитного превращения (например, кривой 4 на рисунке, в) соответствует определенному количеству остаточного аустенита. С удалением температуры превращения от точки Вн количество бейнита возрастает (от нуля при температуре Вн), а количество остаточного аустенита уменьшается (здесь аналогия с уменьшением количества остаточного аустенита при понижении температуры мартенситного превращения смотрите Кинетика мартенситных превращений).

Часть остаточного аустенита может перейти в мартенсит при охлаждении стали от температуры бейнитного превращения до комнатной.

Легирующие элементы по-разному влияют на скорость распада аустенита в перлитном и бейнитном интервалах. У одних сталей сильнее сдвинута вправо С-кривая начала перлитного превращения, а у других — бейнитного.

В высоколегированных сталях с небольшим содержанием углерода перлитное превращение может протекать настолько медленно, что на диаграмме изотермического распада оно не отображается.


Диаграмма изотермического превращения аустенита

Диаграмма изотермического превращения аустенита

Диаграмма изотермического превращения аустенита в стали
18Х2Н4ВА (А. А. Попов).


В этом случае на диаграмме отображено только бейнитное превращение. Возможен также случай, когда бейнитное превращение протекает очень медленно и на диаграмме изотермического распада аустенита легированной стали отображается только перлитное превращение.

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

Охлаждение при закалке

Режим охлаждения при закалке должен прежде всего обеспечить необходимую глубину прокаливаемости. С другой стороны, режим охлаждения должен быть таким, чтобы не возникали сильные закалочные напряжения, приводящие к короблению изделия и образованию закалочных трещин. Закалочные напряжения складываются из термических и структурных напряжений. При закалке всегда возникает перепад температур по сечению изделия. Разная величина термического сжатия наружных…

Способы закалки

Так как нет такой закаливающей среды, которая давала бы быстрое охлаждение в интервале температур 650 — 400 °С и медленное охлаждение выше и главным образом ниже этого интервала, то применяют различные способы закалки, обеспечивающие необходимый режим охлаждения. Закалка через воду в масло Закалка через воду в масло (закалка в двух средах): 1 — нормальный режим;…

Закалка с обработкой холодом

Во многих сталях мартенситный интервал (Мн — Мк) простирается до отрицательных температур (смотрите рисунок Зависимость температур). В этом случае в закаленной стали содержится остаточный аустенит, который можно дополнительно превратить в мартенсит, охлаждая изделие до температур ниже комнатной. По существу такая обработка холодом (предложена в 1937 г. А. П. Гуляевым) продолжает закалочное охлаждение, прерванное при комнатной…

Поверхностный нагрев под закалку

Многие изделия должны иметь высокую поверхностную твердость, высокую прочность поверхностного слоя и вязкую сердцевину. Такое сочетание свойств на поверхности и внутри изделия достигается поверхностной закалкой. Для поверхностной закалки стального изделия необходимо нагреть выше точки Аc3 только поверхностный слой заданной толщины. Этот нагрев должен совершаться быстро и интенсивно, чтобы сердцевина вследствие теплопроводности также не прогрелась до…

Нагрев и охлаждение при закалке сталей

Сквозной нагрев под закалку Превращения в стали при нагревании описаны в Образовании аустенита при нагревании. Температуры нагрева под закалку углеродистых сталей можно выбрать по диаграмме состояния. Доэвтектоидные стали закаливают с температур, превышающих точку А3 на 30 — 50 °С. Наследственно мелкозернистая сталь допускает более высокий нагрев. При перегреве наследственно крупнозернистой стали закалка дает структуру крупноигольчатого…