Изменения структуры сталей при охлаждении

Большинство технологических операций (термическая обработка, обработка давлением и др.) проводят в твердом состоянии. Ниже рассматриваются превращения, протекающие в железоуглеродистых сплавах при охлаждении из однофазной аустенитной области.

По содержанию углерода различают однофазное (сплав I) и двухфазное (сплав II) техническое железо (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Часть диаграммы состояния «Fe – Fe ₃ C» для сплавов,
не испытывающих эвтектоидное превращение

При охлаждении сплава I от температуры точки 1 до температуры точки 2 происходит перекристаллизация аустенита в феррит.

При охлаждении сплава II после образования феррита (точки 4–5), начиная с температуры точки 5, происходит выделение из феррита кристаллов третичного цементита. Этот процесс вызван уменьшением растворимости углерода в феррите (линия PQ на диаграмме). Структура сплава состоит из феррита и цементита в виде прослоек по границам ферритных зерен.

Рассмотренные сплавы широкого применения в промышленности не имеют. Широкое промышленное применение имеют стали. Рассмотрим превращения при охлаждении аустенита, содержание углерода в котором находится в пределах 0,02–2,14 % (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Часть диаграммы состояния «Fe – Fe₃C» для сплавов,
испытывающих эвтектоидное превращение

Сплав II с содержанием углерода 0,8 % называется эвтектоидной сталью. В ней по линии PSK происходит эвтектоидное превращение, т. е. из аустенита выделяются феррит и цементит. Смесь двух фаз называют перлитом (рис. 3.5, б). Эвтектоидное превращение идет при постоянной температуре ≈ 727 °С.

а)	б)	в)

Рис. 3.5. Микроструктура доэвтектоидной (а), эвтектоидной (б)
и заэвтектоидной (в) стали

Сплав I с содержанием углерода менее 0,8 % называют доэвтектоидной сталью. В интервале температур точек 1 – 2 имеем частичное превращение аустенита в феррит. При температуре точки 2 (на линии PSK) происходит эвтектоидное превращение аустенита в перлит. Конечная структура доэвтектоидной стали состоит из феррита и перлита (рис. 3.5, а). Количество феррита и перлита зависит от содержания углерода в стали. Чем больше углерода, тем больше в структуре стали перлита.

Сплав III с содержанием углерода более 0,8 % называют заэвтектоидной сталью. В интервале температур точек 3 – 4 из аустенита выделяется вторичный цементит. Этот процесс вызван уменьшением растворимости углерода в аустените согласно линии ES диаграммы. При температуре точки 4 на линии PSK происходит эвтектоидное превращение аустенита в перлит. Конечная структура заэвтектоидной стали состоит из перлита и цементита (рис. 3.5, в).