Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Превращение аустенита
Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита — твердого раствора углерода в γ-железе, на почти чистое α-желеэо и цементит: Feγ (С) → Feα + Fe3C. Превращение может начаться не в точке А1, а при некотором переохлаждении, когда свободная энергия феррито- карбидной смеси (перлита) окажется меньшей, чем свободная энергия аустенита. Чем ниже температура превращения, тем больше переохлаждение, тем больше разность свободных энергий, тем быстрее происходит превращение. В случае перлитного превращения образуются фазы, резко отличающиеся по составу от исходной: феррит, почти не содержащий углерода, и цементит, содержащий 6,67 % С. Поэтому превращение аустенит → перлит сопровождается диффузией, перераспределением углерода. Скорость диффузии резко уменьшается с понижением температуры, следовательно, с этой точки зрения увеличение переохлаждения должно замедлять превращения. Таким образом, при увеличении переохлаждения (снижения температуры превращения) вступают в борьбу два фактора, прямо противоположно влияющие на скорость превращения. Снижение температуры (увеличение переохлаждения), с одной стороны, увеличивает разность свободных энергий аустенита и перлита, что ускоряет превращение, а с другой, — вызывает уменьшение скорости диффузии углерода, а это замедляет превращение. Суммарное действие обоих факторов приводит к тому, что вначале с увеличением переохлаждения скорость превращения возрастает, достигает при каком-то значении переохлаждения максимума и затем убывает. Из сказанного следует, что как только созданы надлежащие условия, зарождаются центры кристаллизации и из них растут кристаллы. Процесс этот происходит во времени и может быть изображен в виде так называемой кинетической кривой превращения, показывающей количество образовавшегося перлита в зависимости от времени, прошедшего с начала превращения (рис. 51). Начальный период характеризуется весьма малой скоростью превращения — это так называемый инкубационный период, или период инертности. Точка а на кривой показывает момент, когда обнаруживается начало превращения (обычно это соответствует образованию 1 % перлита). На кривой степень превращения — время (рис. 51, а) видно, что скорость превращения возрастет по мере того, как развивается превращение. Максимум скорости превращения соответствует примерно тому времени, когда превратилось ~50 % аустенита. В дальнейшем скорость превращения уменьшается и, наконец, превращение заканчивается (точка b).
а) б)
Рисунок 51: а - кинетическая кривая превращения аустенита в перлит; б - кинетические кривые превращения аустенита в перлит при различных температурах (t1 > t2 >...)
Скорость превращения зависит от степени переохлаждения. При малых и значительных переохлаждениях превращение происходит медленно, так как малы значения скорости роста кристаллов и числа образующихся центров кристаллизации (рис. 51, б); в первом случае — из-за малой разности свободных энергий, во втором — из-за малой диффузионной подвижности атомов. При максимальной скорости превращения кинетические кривые идут круто вверх, и превращение заканчивается за малый отрезок времени. На рисунке 51, б показана серия кинетических кривых, подобных приведенной на рис. 51, а, но относящихся к разным температурам (разным степеням переохлаждения). При высокой температуре t1, (малая степень переохлаждения) превращение развивается медленно и продолжительность инкубационного периода (отрезок от начала координат до точки a) и время превращения (отрезок от начала координат до точки b), т. е. при увеличении степени переохлаждения, скорость превращения возрастает, и поэтому продолжительность инкубационного периода и продолжительность всего превращения сокращаются. Максимум скорости превращения соответствует температуре t4, дальнейшее снижение температуры приведет уже к уменьшению скорости превращения. Если нанести на диаграмму отрезки кривых аустенито-перлитного превращения, соответствующие началу превращения (время «инкубационного периода») и концу превращения, т. е. точки а и b расположить по вертикали по мере снижения температуры, то получим диаграмму, приведенную на рис. 52. Кривая начала превращения в зависимости от степени переохлаждения покажет время, когда превращение практически не наблюдается, т. е. когда имеем переохлажденный аустенит. Мерой его неустойчивости может служить отрезок от оси ординат до кривой начала превращения при 500 - 600 °С (температура t4), когда этот отрезок имеет минимальные размеры, т. е. аустенит начинает превращаться в перлит через наиболее короткий промежуток времени. Вторая кривая показывает время, необходимое при данном переохлаждении для полного превращения аустенита в перлит. При 500-600 °С это время также минимально. Следует указать, что по горизонтали шкала логарифмическая. Это сделано для удобства изображения, так как слишком различны скорости образования перлита около критической точки и у изгиба кривой. В первом случае (для углеродистой стали) превращение заканчивается через несколько десятков минут (тысячи секунд), а во втором случае оно происходит за одну - две секунды. Горизонтальная линия Мн показывает температуру начала бездиффузионного мартенситного превращения. Механизм этого превращения отличается от механизма образования перлита, и будет рассматриваться ниже. На рис. 52 показано время превращения аустенита в перлит в зависимости от степени переохлаждения, т. е. превращение переохлажденного аустенита при постоянной температуре. Поэтому такие диаграммы обычно называют диаграммами изотермического превращения аустенита. Кривые на диаграмме изотермического превращения аустенита имеют вид буквы С, поэтому их часто называют С- образными или просто С - кривыми. Свойства и строение продуктов превращения аустенита зависят от температуры, при которой происходил процесс его распада (рис. 53). При высоких температурах, т. е. при малых степенях переохлаждения, получается достаточно грубая (легко дифференцируемая под микроскопом) смесь феррита и цементита. Эта смесь называется перлитом (рис. 53, а).
Рис. 52. Диаграмма изотермического превращения аустенита (построена по кривым изотермического превращения на рис. 51)
При более низких температурах и, следовательно, при больших степенях переохлаждения дисперсность структур возрастает, и твердость продуктов повышается. Такой более тонкого строения перлит получил название сорбита (рис. 53, б).
Рис. 53. Структура эвтектоидной стали в зависимости от температуры распада аустенита: а — перлит, распадпри 700 °С, х 7500; б—сорбит, распад при 650 оС, х7500; в — троостит, распад при 600 оС, х 15000
При еще более низкой температуре (что соответствует изгибу С-кривой) дисперсность продуктов еще более возрастает, и дифференцировать под оптическим микроскопом отдельные составляющие феррито-цементитной смеси становится почти невозможно, но при наблюдении под электронным микроскопом пластинчатое строение обнаруживается вполне четко (рис. 53, в). Такая структура называется трооститом. Таким образом,перлит, сорбит и троостит — структуры с одинаковой природой (феррит + цементит), отличающиеся степенью дисперсности феррита и цементита. Перлитные структуры могут быть двух типов: зернистые (цементит в них находится в форме зернышек) или пластинчатые (в форме пластинок). Однородный (гомогенный) аустенит всегда превращается в пластинчатый перлит. Следовательно, нагрев до высокой температуры, который создает условия для образования более однородной структуры, способствует появлению пластинчатых структур. Неоднородный аустенит при всех степенях переохлаждения дает зернистый перлит, следовательно, нагрев до невысокой температуры (для заэвтектоидной стали ниже Ас3) приводит при охлаждении к образованию зернистого перлита. Вероятно, оставшиеся не растворенными в аустените частицы, являющиеся дополнительными центрами кристаллизации, способствуют образованию зернистого цементита. Таким образом, при исходном нагреве до 900 °С получился пластинчатый перлит, причем более низкая температура превращения дает более дисперсную структуру. В той же стали при тех же температурах превращения, но после невысокого нагрева (780 °С), получился зернистый перлит. Размер зерен цементита мельче при более низкой температуре превращения. Следовательно, размер цементитных частиц зависит от температуры превращения аустенита, а форма цементита — от температуры нагрева (температуры аустенизации). Превращения выше и ниже изгиба С-кривойотличаются покинетике превращения и по форме продуктов распада. Выше изгиба С-кривой, т. е. при малых переохлаждениях, превращение начинается из немногих центров, и кристаллы перлита растут до столкновения. Ниже изгиба С-кривой возникает игольчатая микроструктура, образуются иглы-пластины, рост которых ограничен, и превращение происходит главным образом путем появления новых кристаллов. Образующаяся ниже изгиба С-кривой игольчатая структура получила название бейнит. Превращение аустенита в бейнит имеет общие черты с перлитным и мартенситным превращениями, поэтому с бейнитным превращением следует познакомиться после изучения превращения аустенита в мартенсит. В зависимости от содержания углерода и степени переохлаждения существуют следующие области превращения аустенита: I — превращение аустенит → перлит; II — предварительное выделение феррита и затем превращение аустенит → перлит; III — предварительное выделение цементита и затем превращение аустенит → перлит; IV — превращение аустенит → бейнит; V — превращение аустенит →мартенсит и распад остаточного аустенита с образованием бейнита;
|