6. ПРОМЕЖУТОЧНОЕ (БЕЙНИТНОЕ) ПРЕВРАЩЕНИЕ

Природа бейнита. Бейнитное (промежуточное) превращение протекает в температурной области между перлитным и мартенситным превращениями (см. рис. 112). В результате промежуточного превращения образуется бейнит, представляющий собой структуру, состоящую из -твердого раствора, претерпевшего мартенситное превращение и несколько пересыщенного углеродом, и частиц карбидов. Различают структуру верхнего и нижнего бейнита. Верхний бейнит, образующийся обычно в области температур имеет «перистый» вид (типа резаной соломы). Частицы карбидов выделяются не в виде пластинок, как в перлите, а в виде изолированных узких частиц (рис. 122, а). Нижний бейнит образуется обычно при температурах от до точки и имеет игольчатое (пластинчатое) строение (рис. 122, б). Карбидные частицы в нижнем бейните располагаются в пластинках -фазы (рис. 122, в).

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

Рис. 122. Микроструктура верхнего (а) и нижнего (б, в) бейнитов

лежит в области температур промежуточного превращения (см. рис. 120), претерпевают -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 механйзму. 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 -фаза (мартенсит) пересыщена углеродом и при том тем сильнее, чем ниже температура превращения. В связи с этим сразу после -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 а-фазы, поэтому выделение карбидов происходит главным образом из аустенита.

При образовании нижнего бейнита, наоборот, обогащение аустенита углеродом обычно сравнительно невелико, а пересыщение а-фазы более значительно, поэтому карбиды выделяются главным образом в кристаллах а-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 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 -фазе, а также образованием включений дисперсных карбидов, расположенных в кристаллах этой фазы.