Промежуточное превращение

Промежуточное превращение сочетает в себе элементы перлитного и мартенситного превращений. При перлитном превращении возможна диффузия атомов и углерода, и железа; при мартенситном превращении диффузии атомов не происходит.

Промежуточное превращение протекает при переохлаждении аустенита до температурного интервала, расположенного между перлитным и мартенситным превращениями (см. рис. 5.7). В этом случае самодиффузия железа практически невозможна, диффузионная подвижность атомов углерода низка, но остается достаточной для диффузионного перераспределения углерода в аустените. При этом значения параметров кристаллизации цементита (ЧЦК и СК) сильно уменьшаются и приближаются к нулю (см. рис. 5.6, линии 5, 6).

Поскольку происходит диффузия атомов углерода, образуются зоны аустенита, обедненные и обогащенные углеродом. Обеднение углеродом вызывает повышение температуры начала мартенситного превращения (см. рис. 5.11). Она становится выше температуры Мн (данной стали) и попадает в область температур промежуточного превращения. В результате в обедненных углеродом зонах аустенита бездиффузионное полиморфное превращение железа-γ в железо-α протекает по мартенситному механизму. Образуется малоуглеродистый мартенсит, ОГЛАВЛЕНИЕ углерода в котором больше 0,02% (характерного для феррита, т.е. равновесного), но значительно меньше, чем в исходном аустените (в стали).

В зонах, обогащенных углеродом, в процессе изотермической выдержки из аустенита выделяются кристаллы цементита. Это, естественно, приводит к уменьшению концентрации углерода в аустените, который при охлаждении после изотермической выдержки также претерпевает мартенситное превращение.

Мартенсит, образующийся в результате промежуточного превращения, содержит тем больше углерода, чем ниже температура его образования. При относительно высоком содержании углерода в мартенсите возможно уменьшение содержания углерода за счет выделения цементита из α-фазы.

Структура, возникающая в результате промежуточного превращения, называется бейнитом. Это смесь из незначительно пересыщенного твердого раствора углерода в железе-α (малоуглеродистого мартенсита) и цементита. В зависимости от температуры образования различают верхний и нижний бейнит.

Верхний бейнит образуется обычно в области температур ~ 500...350 °С. Цементит выделяется главным образом из аустенита и имеет вид изолированных узких частиц. В целом верхний бейнит имеет перистую структуру, напоминающую строение перлита (рис. 5.15, а), и неблагоприятное сочетание механических свойств. Для него характерны пониженные твердость и прочность из-за сохранения

Рис. 5.15. Микроструктура бейнита:

а – верхний бейнит. × 1500; б – нижний бейнит и остаточный аустенит, × 500; в – нижний бейнит и остаточный аустенит, × 1000

в структуре нераспавшегося аустенита и низкие пластичность и вязкость.

Нижний бейнит образуется при температурах от 350 °С до Мн; имеет пластинчатое (игольчатое) мартенситоподобное строение (рис. 5.15, б). Цементит выделяется в основном из пересыщенного α-раствора; очень мелкие частицы цементита располагаются непосредственно в пластинах α-фазы (рис. 5.15, в). Это, а также более высокое ОГЛАВЛЕНИЕ углерода в пересыщенном α-растворе предопределяют высокие твердость и прочность нижнего бейнита при сохранении высокой пластичности. По этим характеристикам он превосходит сорбит и перлит.

Промежуточное превращение с образованием бейнита происходит только при изотермической выдержке (см. ниже 5.5.2 и рис. 5.23). Бейнит не образуется в углеродистых сталях при непрерывном охлаждении.