3. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕВРАЩЕНИЯ ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА (ДИАГРАММА ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ АУСТЕНИТА)

Если сталь со структурой аустенита, полученной в результате нагрева до температуры выше (для доэвтектической стали) или выше (для заэвтектоидной стали), переохладить до температуры ниже то аустенит оказывается в метастабильном состоянии и претерпевает превращение.

Для описания кинетики превращения переохлажденного аустенита пользуются экспериментально построенными диаграммами время — температура — степень распада или диаграммами изотермического превращения аустенита, т. е. превращения, протекающего при постоянной температуре.

Для излучения изотермического превращения аустенита небольшие образцы стали нагревают до температур, соответствующих существованию стабильного аустенита, а затем быстро охлаждают (переохлаждают аустенит) до температуры ниже например до и выдерживают при этой температуре до полного распада аустенита.

Результаты исследования при постоянной температуре характеризует кривая, показывающая количество распавшегося аустенита в зависимости, от времени, прошедшего с момента начала распада. Как видно из рис. 112, а, в течение некоторого промежутка времени распад аустенита экспериментально не фиксируется. Этот период называют инкубационным.

Рис. 112. Построение диаграммы изотермического превращения переохлажденного аустенита для стали с 0,8 % С: а — кинетические кривые; б - диаграмма изотермического превращения аустенита

По истечении этого периода аустенит начинает распадаться с образованием более стабильных структур. Скорость распада сначала быстро увеличивается, а затем постепенно замедляется. Через некоторое время процесс распада полностью заканчивается или приостанавливается. Построение таких кривых после охлаждения до разных температур позволяет получить диаграмму изотермического превращения аустенита (рис. 112, б). Для этого нужно отрезки времени, соответствующие началу (Ни и концу распада аустенита или какой-то заранее принятой степени превращения для каждой из исследуемых температур перенести на график, на котором по оси абсцисс откладывается время, а по оси координат — температура, и одноименные точки соединить плавными кривыми. В диаграмме изотермического превращения аустенита (рис. 112, б) кривая 1 характеризует начало распада аустенита, а кривая 2 показывает время, необходимое для полного распада аустенита.

Область, лежащая левее кривой начала распада аустенита (см. рис. 112, б), определяет продолжительность инкубационного периода; в интервале температур и времени, соответствующих этой области, существует переохлажденный аустенит, практически не претерпевающий заметного распада. Длительность инкубационного периода характеризует устойчивость переохлажденного аустенита. С увеличением переохлаждения его устойчивость быстро уменьшается, достигая минимума (4), и далее вновь возрастает (см. рис. 112, б).

Уменьшение устойчивости аустенита и роста скорости его превращения с увеличением степени переохлаждения объясняется возрастанием разности свободных энергий (энергии Гиббса) аустенита и образующимися фазами (структурой). При этом, как уже указывалось выше, уменьшается размер критического зародыша, способного к росту, и возрастает количество объемов в исходном аустените, в которых могут возникнуть зародыши

новой фазы. Повышение устойчивости аустенита и уменьшение скорости его превращения при больших степенях переохлаждения вызывается снижением скорости образования и ровта новых фаз вследствие замедления процесса диффузии.

При переохлаждении аустенита до температуры, равной или ниже точки (см. рис. 112, б), диффузионные процессы полностью подавляются. При более низких температурах протекает бездиффузионное превращение аустенита в структуру закаленной стали — мартенсит.

В зависимости от степени переохлаждения аустенита различают три температурные области, или ступени, превращения (см. рис. 112, б): перлитную, промежуточного превращенияпромежуточного между перлитным и мартенситным превращением) и мартенситную.

Знание этих превращений важно для решения многих практических задач. Перлитное превращение протекает в процессе отжига стали (см. с. 194), а мартенситное — при закалке стали (см. с. 200). Промежуточное превращение важно для понимания так называемой изотермической закалки стали (см. е. 214).