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:
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