Главная / Теория термической обработки металлов / Закалка / Закалка с полиморфным превращением / Механические свойства стали с бейнитной структурой

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