В зависимости от скорости охлаждения превращение аустенита может быть диффузионным и бездиффузионным. Критерием превращения является критическая скорость закалки VКР – наименьшая скорость охлаждения, при которой подавляется диффузия атомов углерода.
При скоростях охлаждения V < VКР протекает диффузионный распад аустенита в феррит и цементит. В процессе превращения перестраивается кристаллическая решетка железа и происходит перераспределение углерода между фазами.
Такое превращение имеет место при отжиге, нормализации и менее распространённом виде термической обработки – закалке в масло. Ферритоцементитные смеси, полученные этими обработками, характеризуются «межпластинчатым» расстоянием h – суммарной толщиной одной пластинки феррита и одной пластинки цементита (рис. 4.6.1а−в).
а) Перлит пластинчатый – грубодисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы;
б) Сорбит закалки – дисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы.
в) Троостит закалки – весьма дисперсная ферритоцементитная смесь пластинчатой формы.
Рис. 4.6.1. Структуры и схемы структур эвтектоидной стали:
а – перлит пластинчатый; б – сорбит закалки; в – троостит закалки
Ферритоцементитные смеси обеспечивают относительно невысокую твёрдость, возрастающую с уменьшением межпластинчатого расстояния: перлит пластинчатый – НRС 10, сорбит закалки – НRС 30, троостит закалки – НRС 40.
При скоростях охлаждения V > VКР, например, при закалке в воде протекает бездиффузионное превращение аустенита в мартенсит, т. е. кристаллическая решетка γ -Fe перестраивается α -Fe без выделения углерода из твёрдого раствора. В равновесном состоянии α -Fe растворяется всего лишь 0,006 % углерода, а в любой стали его значительно больше, отсюда следует, что мартенсит – пересыщенный раствор углерода α -Fe. Пресыщенность решетки железа углеродом создаёт внутренние напряжения, что приводит к существенному упрочнению стали. Но при этом сталь становится менее вязкой.
Рис. 4.6.2. Структура мартенсита, х 1000
Мартенсит закалённой стали состоит из кристаллов игольчатой формы и характеризуется структурным параметром – длиной игл L (рис. 4.6.2). Твердость этой структуры зависит от содержания углерода (см. рис. 4.5.3)
