Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка с полиморфным превращением / Бейнитное превращение

Бейнитное превращение


Строение бейнита

В углеродистых сталях ниже изгиба С-кривой, в интервале примерно 500 — 250 °С, происходит бейнитное превращение.

Оно называется также промежуточным превращением — промежуточным между перлитным и мартенситным. Кинетика этого превращения и получающиеся структуры имеют черты кинетики и структур, наблюдаемых при диффузионном перлитном и бездиффузионном мартенситном превращениях.

В результате бейнитного превращения образуется смесь α-фазы (феррита) и карбида, которая называется бейнитом. Карбид в бейните не имеет пластинчатого строения, свойственного перлиту. Карбидные частицы в бейните очень дисперсны, и их можно обнаружить только под электронным микроскопом.

Различают «верхний» и «нижний» бейнит, образующиеся соответственно в верхней и нижней части промежуточного интервала температур. Верхний бейнит имеет перистое строение, а нижний — игольчатое, мартенситоподобное.

Нижний бейнит по виду микроструктуры бывает трудно отличить от отпущенного мартенсита. Указанные микроструктурные особенности, связанные с формой кристаллов феррита, не обязательны для бейнита во всех сталях. Феррит в бейните может и не иметь игольчатой формы.

Встречаются зернистый и столбчатый бейниты.
Верхний бейнит от нижнего можно более строго отличить по характеру распределения карбидной фазы. Электронно-микроскопический анализ показал, что в верхнем бейните карбидные частицы расположены между пластинами феррита или по границам и внутри пластин, а в нижнем бейните включения карбида находятся только внутри пластин α-фазы.

Продукты изотермического превращения переохлажденного аустенита в промежуточном интервале температур по своим физическим свойствам, составу и структуре фаз близки к продуктам отпуска мартенсита закаленной стали, если температуры бейнитного превращения и отпуска одинаковы. Ферритная фаза в бейните является пересыщенным раствором углерода в α-железе.

Состав феррита находится между линией PQ и метастабильным продолжением линии GP на диаграмме состояния Fe — С (смотрите рисунок Диаграмма состояния Fe — С), т. е. между линиями стабильного равновесия α/(α + Fe3C), и метастабильного равновесия α/(α + v).

Карбидная фаза — это обычный цементит Fe3C с ромбической решеткой. Кроме того, в нижнем бейните можно обнаружить ε-карбид с гексагональной решеткой (аналогично картине отпуска стали смотрите Структурные изменения при отпуске сталей).


Участок диаграммы состояния Fe — С

Участок диаграммы состояния Fe — С

Участок диаграммы состояния Fe — С с предполагаемым метастабильным равновесием аустенит — феррит — ε-карбид. В скобках обозначены фазовые области в метастабильной системе (Хейеман).


Появление ε-карбида в нижнем бейните можно предположительно объяснить существованием метастабильного трехфазного равновесия γ ↔ α + ε при ~ 350 °С.

В соответствии со схемой на рисунке метастабильный ε-карбид образуется только при переохлаждениях аустенита до температур ниже 350 °С. Скорость его зарождения больше, чем у цементита, так как ε-карбид ближе по структуре к аустениту и должен характеризоваться меньшей работой образования критического зародыша (смотрите Образование промежуточных метастабильных фаз).

При нагревании стали со структурой нижнего бейнита до температур выше 350 °С метастабильный ε-карбид растворяется и заменяется цементитом.

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