Промежуточное (бейнитное) превращение аустенита

Бейнит – двухфазная смесь феррита и цементита. Но полиморфный переход происходит по мартенситному механизму.

Превращение начинается с перераспределения углерода, в результате которого одни зоны зерен обедняются, а другие – обогащаются углеродом. В обедненных зонах γ-твердого раствора повышается температура мартенситного превращения. Поэтому происходит оно в первую очередь там. В зонах твердого раствора, обогащенного углеродом протекает карбидообразование – выделение очень мелких кристаллов цементита. По мере обеднения аустенита углеродом развивается мартенситное превращение. К моменту полиморфного превращения γ-твердый раствор не полностью освобождается от растворенного углерода, поэтому кристаллы Fe_α, имеющие форму очень тонких пластин, несколько пересыщены углеродом.

Промежуточное превращение не доходит до конца, часть аустенита остается непревращенной. Чем выше температура превращения, тем больше остается непревращенного аустенита.

Свойства верхнего и нижнего бейнита различны (таблица).

Таблица

Свойства верхнего и нижнего бейнита

	Бейнит верхний	Бейнит нижний
Температура образования, оС Строение Механические свойства	400-500 перистое неблагоприятное сочетание: пониженная прочность (из-за остатков А), низкие пластичность и вязкость	<400 пластинчатое высокая прочность, высокие пластичность и вязкость

 

 

Технология термической обработки стали

Горячекатаные полуфабрикаты, поковки, штамповые заготовки, стальные отливки отжигают или нормализуют; легированные стали после нормализации подвергают высокому отпуску.

Отжиг сталей

Существует несколько разновидностей отжига. Для конструкционных сталей чаще применяют перекристаллизационный отжиг, а для инструментальных – сфероидизирующий.

Перекристаллизационный отжиг. Конструкционные стали чаще содержат углерод в количестве до 0,7%, т.е. являются доэвтектоидными.

Отжиг проводят для снижения твердости, повышения пластичности и получения однородной мелкозернистой структуры. Одновременно снимаются остаточные напряжения.

Полуфабрикаты после литья или горячего деформирования из-за ускоренного охлаждения с высоких температур могут иметь повышенную твердость, что затруднит их обработку резанием и приведет к снижению пластичности. Кроме того, отливки часто имеют структурные дефекты, которые ухудшают их свойства – крупнозернистость (если температура окончания обработки давлением намного превышает А_с3), либо строчечность (рис.9.9) в расположении структурных составляющих – феррита и перлита, что обуславливает анизотропию свойств (из-за загрязнения стали сульфидами, фосфором).

Для полной перекристаллизации структуры сталь нагревают до температуры, превышающей А_С3 на 30-50^оС. Затем изделия следует медленно охлаждать, чтобы обеспечить в результате распада аустенита равновесную ферритно-перлитную структуру и низкую твердость и высокую пластичность.

 

Рис. 9.9. Строчечность стали

 

 

Сфероидизирующий отжиг инструментальных сталей. Инструментальные стали для режущего, измерительного инструмента и для инструментов, деформирующий металл в холодном состоянии, содержат углерод в количестве от 0,7 до 2%. Это обусловливает высокую твердость, что затрудняет обработку резанием. Для снижения твердости такие стали отжигают. Кроме того, заэвтектоидные стали так подготавливают к закалке. Наименьшую твердость имеют стали со структурой зернистого перлита, когда цементит перлита имеет округлую форму. Отсюда и название отжига – сфероидизирующий.

Зернистый перлит получают путем нагрева сталей до температуры 750-770^оС (немного выше, чем А_С1) и последующего медленного охлаждения или изотермической выдержки при 650-680^оС. При такой обработке в стали сохраняются нераспавшиеся мелкие карбидные частицы, которые выполняют роль центров кристаллизации сфероидального цементита (рис.9.10).

 

Рис. 9.10. Зернитый перлит

Нормализация сталей

Ей подвергают конструкционные стали после горячей обработки давлением или литья. Нормализация отличается от отжига условиями охлаждения: после нагрева до температуры, большей А_С3 на 50-70^оС, сталь охлаждают на свободном воздухе.

Это более экономичная термическая операция, она приводит к получению более прочной стали, т.к. при ускорении охлаждения распад аустенита происходит при более низких температурах.

После нормализации, так же как и после отжига, образуется ферритно-перлитная структура, однако имеются и существенные различия. При ускоренном охлаждении доэвтектоидный феррит в температурном интервале А_r3 – А_r1 выделяется на границе зерен аустенита; поэтому кристаллы феррита образуют оболочки вокруг зерен аустенита – ферритную сетку.

Нормализация позволяет уменьшить анизотропию свойств, вызванную неметаллическими включениями в горячедеформированной стали. Строчечность структуры менее резко выражена.

Свойства нормализованных горячекатаных полуфабрикатов существенно зависят от сечения: чем меньше сечение, тем быстрее пройдет охлаждение, тем выше будет прочность стали.