Реферат по материаловедению. Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали

• Название: Термическая, термохимическая и термомеханическая обработка стали
• Дата: 22.12.2019
• Размер: 1.9 Mb.
• Имя файла: Реферат по материаловедению.docx
• Тип: Реферат; #101539
• страница: 4 из 8

Механизм промежуточного превращения. Бейнитное (промежуточное) превращение переохлажденного аустенита сочетает в себе элементы перлитного и мартенеитного превращений: диффузионное перераспределение углерода в аустените между продуктами его распада и мартенситное бездиффузионное превращение.

Бейнитное превращение протекает при температурах, когда самодиффузия железа и диффузия легирующих элементов практически невозможны, а диффузия углерода еще достаточно высока. Это и предопределяет особенности бейнитного превращения. В начале этого превращения происходит диффузионное перераспределение углерода в аустените, что приводит к образованию в нем объемов, обогащенных и обедненных углеродом. Участки аустенита с низким содержанием углерода, у которых точка М_н лежит в области температур промежуточного превращения, претерпевают γ → α -превращение по мартенситному механизму. В объемах аустенита, обогащенных углеродом, если их пересыщение высокое, в процессе изотермической выдержки могут выделяться частицы карбидов, что, естественно, приведет к обеднению этих участков аустенита углеродом и к протеканию в них превращения по мартенситному механизму. Мартенситный механизм образования а-фазы обусловливает ее мартенситную структуру и появление характерного рельефа на поверхности микрошлифов, особенно заметного при образовании нижнего бейнита.

Образующаяся при бейнитном превращении α - фаза (мартенсит) пересыщена углеродом и при том тем сильнее, чем ниже температура превращения. В связи с этим сразу после γ → α - превращения, если диффузионная подвижность при данной температуре достаточная, из пересыщенного а-раствора могут выделяться частицы карбидов. Механизм образования верхнего и нижнего бейнита в принципе одинаков. Различие состоит в том, что в области образования верхнего бейнита вначале происходит более значительная дифференциация по концентрации углерода в кристаллах аустенита, что вызывает более сильное обогащение объемов аустенита углеродом и, следовательно, образование более обедненной углеродом α - фазы, поэтому выделение карбидов происходит главным образом из аустенита.

При образовании нижнего бейнита, наоборот, обогащение аустенита углеродом обычно сравнительно невелико, а пересыщение α - фазы более значительно, поэтому карбиды выделяются главным образом в кристаллах α - фазы (см. рис. 122, в).

Рассматриваемое промежуточное превращение как и мартенситное чаще не идет до конца. Нераспавшийся при изотермической выдержке аустенит при последующем охлаждении может в той или иной степени претерпевать мартенситное превращение или сохраняться (остаточный аустенит).

Механические свойства стали с бейнитной структурой. Образование верхнего бейнита (распад при 550-450 °С) снижает пластичность стали по сравнению с получаемой для продуктов распада аустенита в перлитной области (см. рис. 115). Твердость и прочность при этом не изменяются или несколько снижаются.

Пониженная пластичность верхнего бейнита связана с выделением сравнительно грубых карбидов по границам ферритных зерен.

В результате распада аустенита в нижней области промежуточного превращения (см. рис. 115) наблюдается некоторое повышение прочности, твердости и пластичности.

Нижний бейнит по сравнению с продуктами распада аустенита в перлитной области (сорбит, троостит) имеет более высокую твердость и прочность при сохранении высокой пластичности.

Высокие прочностные свойства нижнего бейнита объясняются наличием внедренных атомов углерода и большой плотностью дислокаций в мартенситной α-фазе, а также образованием включений дисперсных карбидов, расположенных в кристаллах этой фазы.

1.5 Мартенситное превращение

Природа мартенсита. Мартенсит является упорядоченным пересыщенным твердым раствором внедрения углерода в α - железе. Если в равновесном состоянии растворимость углерода в α - железе при 20˚С не превышает 0,002%  то его содержание в мартенсите может быть таким же, как в исходном аустените, т. е. может достигнуть 2,14%

Атомы углерода занимают октаэдрические поры вдоль оси [0.01] в решетке α - железа (мартенсита) и сильно ее искажают. Мартенсит имеет тетрагональную решетку (рис. 117, а), в которой один период «с» больше другого — «а». При увеличении содержания углерода высота тетрагональной призмы «с» увеличивается, а размеры ее основания уменьшаются (рис. 117, б).



Следовательно, чем больше в мартенсите углерода, тем больше отношение с/а, т. е. больше тетрагональность решетки. Отношение с/а = 1 + 0,046С, где С — концентрация углерода в аустените, % по массе.

Механизм мартенситного превращения. Мартенситное превращение происходит только в том случае, если быстрым охлаждением аустенит переохлажден до низких температур, при которых диффузионные процессы становятся невозможными. Превращение носит бездиффузионный характер, т. е. оно не сопровождается диффузионным перераспределением атомов углерода и железа в решетке аустенита.

Мартенситное превращение осуществляется путем сдвига и не сопровождается изменением состава твердого раствора.

Сдвиговый механизм превращения отличается закономерным кооперативным направленным смещением атомов в процессе перестройки решетки. Отдельные атомы смещаются относительно друг друга на расстояния, не превышающие межатомные, сохраняя взаимное соседство, однако величина абсолютного смещения растет пропорционально удалению от межфазной границы. Это приводит к макроскопическому сдвигу, внешним проявлением которого является микрорельеф на поверхности металлического шлифа (рис. 118, а). В процессе превращения кристаллы мартенсита сопряжены с аустенитом по определенным кристаллографическим плоскостям и межфазная граница не образуется.



Пока на границе мартенсита и аустенита существует сопряженность решеток (когерентность), скорость образования и роста кристаллов мартенсита очень велика (⁓10³ м/с).

В процессе роста мартенситного кристалла вследствие разности удельных объемов аустенита и мартенсита увеличиваются упругие напряжения в области когерентного сопряжения, что в конечном счете приводит к пластической деформации и образованию межфазной границы с неупорядоченным расположением атомов. Сопряженность решеток нарушается и по достижении растущим кристаллом границы зерна (субграницы) или других дефектов кристалла. При нарушении когерентности решеток дальнейший упорядоченный переход атомов из аустенита в мартенсит становится невозможным, и рост кристалла мартенсита прекращается.

Диффузионный переход атомов из кристаллов аустенита в мартенсит при низких температурах невозможен. Дальнейшее превращение протекает в результате образования новых кристаллов мартенсита.