Механические свойства стали с бейнитной структурой

Бейнит прочнее перлита, причем его прочностные свойства растут с понижением температуры изотермического превращения.


Зависимость механических свойств эвтектоидной стали

Зависимость механических свойств эвтектоидной стали

Зависимость механических свойств эвтектоидной стали от температуры
превращения аустенита (Гензамер, Пирсел Пеллини, Лоу).


Повышенная прочность бейнита обусловлена малым размером ферритных кристаллов, дисперсными выделениями карбида, повышенной плотностью дислокаций, закрепленных атомами углерода, и искажением решетки феррита из-за пересыщенности его углеродом и легирующими элементами.

Предел текучести бейнита связан с размером ферритных кристаллов соотношением Холла — Петча (формула), так как границы α-кристаллов служат эффективными барьерами для дислокаций. С понижением температуры изотермического превращения в бейнитном интервале из-за более медленного отвода в аустенит атомов углерода от границы α/γ кристаллы феррита получаются мельче, и это является одной из главных причин повышения прочностных свойств бейнита.

Частицы карбидов, находящиеся внутри α-фазы, тормозят движение дислокаций тем эффективнее, чем больше их в единице объема и чем они равномернее распределены. В верхнем бейните карбидные частицы расположены главным образом по границам ферритных кристаллов и поэтому не вносят существенного вклада в упрочнение. С понижением температуры превращения дисперсность карбидов возрастает и они располагаются в основном внутри феррита, повышая прочность бейнита.

Феррит в бейните обладает большей плотностью дислокаций, чем избыточный феррит в доэвтектоидной стали.

Возможно, что это — результат мартенситной γ → α-перестройки. Дислокации в бейнитном феррите закреплены коттрелловскими атмосферами из атомов углерода и вносят значительный вклад в упрочнение. Твердорастворный механизм упрочнения, особенно элементами, растворенными по способу замещения, по-видимому, несколько повышает упрочнение бейнита.

На рисунке показано, что пластичность при переходе из перлитной области в бейнитную падает, а затем с понижением температуры вновь возрастает.

Снижение пластичности связано с тем, что строение верхнего бейнита
— сравнительно грубое. Частицы карбида, расположенные по границам ферритных кристаллов, понижают пластичность бейнита. В нижнем же бейните частицы карбидов находятся внутри α-фазы, и поэтому пластичность у него более высокая.

Сталь со структурой нижнего бейнита отличается сочетанием высокой прочности и вязкости.

На получении бейнитной структуры основана бейнитная закалка (смотрите Нагрев и охлаждение при закалке сталей). Кроме того, в так называемых бейнитных сталях бейнитная структура формируется при охлаждении на воздухе с температуры горячей прокатки или при простой термообработке с нагреванием до аустенитного состояния и охлаждением на воздухе.

В таких сталях С-кривая бейнитного превращения должна быть сильно сдвинута к оси ординат, а выделение избыточного феррита, наоборот, должно быть медленным, чтобы он не выделился при непрерывном охлаждении до начала бейнитного превращения. Этим требованиям удовлетворяет, например, малоуглеродистая сталь, легированная 0,5% Мо и бором.

«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…