Превращение аустенита в перлит при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита.

Аустенит устойчив только при температурах выше линии PSK. Поэтому при охлаждении сталей ниже точки происходит распад аустенита на феррито-цементитную смесь А → (Ф+Ц). Превращение имеет диффузионный характер, т.к. должно сопровождаться перераспределением углерода, растворенного в аустените, между Ф и Ц. Распад может происходить как при непрерывном охлаждении, так и при выдержке при постоянной температуре – так называемое изотермическое превращение аустенита.

Кинетику и механизм изотермического превращения А → (Ф+Ц) рассмотрим на примере эвтектоидной стали (рис. 2).

На рисунке 2, а приведена серия кинетических кривых изотермического распада аустенита, полученных для разных температур переохлаждения А₁>Т₁>Т₂>Т₃. Видно, что сначала процесс распада идет медленно, затем скорость его растет, достигая максимума при образовании 50% продуктов распада, после этого – скорость распада опять уменьшается.

С увеличением степени переохлаждения устойчивость аустенита сначала уменьшается, т.е. чем ниже Т, тем быстрее идет распад (кривая Т₁ правее кривой Т₂). Наибольшая скорость превращения А → (Ф+Ц) для эвтектоидной стали наблюдается при переохлаждении на 150–200 ºС ниже А₁ (кривая Т₂ на графике). Но дальнейшее снижение температуры вновь приводит к уменьшению скорости распада, из-за снижения скорости диффузии атомов углерода.

По полученным опытным кривым строят диаграмму изотермического распада переохлажденного аустенита, или С-диаграмму (так ее называют за сходство кривых с буквой С) (рис. 2, б). Горизонтальные линии Мн и Мк показывают температуры начала и конца бездиффузионного мартенситного превращения.

Диаграмма изотермического превращения позволяет определить конечную структуру для данной марки стали, если известна температура или скорость превращения.

Рисунок 2 – Кинетические кривые превращения аустенита при охлаждении (а); диаграмма изотермического превращения аустенита (б) для эвтектоидной стали (0,8% С).

Рассмотрим структуры, образующиеся при распаде переохлажденного аустенита.

При Т=600-700ºС образуется перлит, это достаточно грубая, легко дифференцируемая под микроскопом, смесь (Ф+Ц). Расстояние между пластинками Ф и Ц обозначают d_п, у перлита d_п=700-800 нм. При более низких температурах увеличивается число зародышей новых фаз, следовательно, увеличивается дисперсность смеси (Ф+Ц). При Т=650-600ºС образуется смесь (Ф+Ц) более тонкого строения, которую называют сорбит. Сорбит имеет d_п=400 нм. При еще более низких Т=600-500ºС, что соответствует изгибу С-кривой, образуется тонкодисперсная смесь (Ф+Ц), называемая трооститом. У троостита d_п=100-200 нм.

Таким образом, перлит, сорбит и троостит – это перлитные структуры, т.е. структуры с одинаковым фазовым составом (Ф+Ц), отличающиеся лишь степенью дисперсности феррита и цементита. С увеличением степени дисперсности пластинок цементита растет твердость и прочность стали.

Перлитные структуры могут быть двух типов: пластинчатые (цементит в них находится в форме пластинок) и зернистые (цементит в них находится в форме зернышек).

При Т=500ºС (ниже изгиба С-кривой) образуется бейнит. Это также смесь (Ф+Ц), но отличается от перлитных структур более высоким содержанием углерода в феррите, а также игольчатой структурой. Бейнитное превращение имеет общие черты и с перлитным и с мартенситным превращением, поэтому его называют промежуточным превращением.