Фазовые превращения в стали.

Общее представление о превращениях, протекающих в стали при нагреве, можно получить из диаграммы состояния. Фазовые превращения вызваны тем, что, вследствие изменившихся условий, в частности температуры, одно состояние оказывается менее устойчивым, чем другое.

Рассматривая структурные превращения стали следует отметить 3 основные структуры, а переход их из одной в другую характеризует основные превращения.

Этими структурами являются:

1. Аустенит – твердый раствор внедрения “С” в γ-Fe [Feγ (C)]

2. Мартенсит – пересыщенный твердый раствор внедрения “С” в α-Fe [Fe_α(С)]

3. Перлит – эвтектоидная смесь из одновременно образующихся феррита (тв.раствор “С” в α-Fe) и цементита (карбида Fe₃С) [Fe_αC+Fe₃C]

В процессах термической обработки стали наблюдаются 4 основных превращения:

1. Превращение перлита в аустенит:

Feα+Fe₃C→Feγ(C) или Ф+Fe₃C→А

^{0,02%С 6,67%С 0,8%С}

Превращение протекает выше т. А₁ (727⁰С), выше температуры стабильного равновесия аустенит-перлит. При этих температурах из 3х основных структур аустенит обладает минимальной свободной энергией.

Превращение состоит из 2х одновременно протекающих процессов: полиморфного α→γ перехода и растворения в аустените цементита.

П-е основное превращение – это превращение аустенита в перлит:

Feγ(C) →Feα+Fe₃С, протекающее ниже т. А₁.

Ш-е превращение аустенита в мартенсит:

Feγ(C) →Feα(С)

Таким образом, температура начала и конца мартенситного превращения обуславливается химическим составом аустенита. Чем больше в аустените углерода, тем ниже температура. Легирующие элементы, за исключением Co и Al, также понижают температуру.

Таким образом протекает мартенситное превращение при температуре ниже температуры метастабильного равновесия А→M.

Изменение свободных энергий аустенита Z_А, мартенсита Z_М и перлита Z_П с изменением температуры:

Хотя при Т₀ более устойчив перлит, работа для образования мартенсита из аустенита меньше, чем для образования перлита. Поэтому ниже Т₀ образование перлита из аустенита может произойти только путем превращения аустенита в мартенсит, а затем уже мартенсита в перлит. Таким образом, аустенитно-мартенситное превращение в данном случае является промежуточным в процессе перехода аустенита в перлит.

ΙV превращение мартенсита в перлит, т.е. в феррито-карбидную смесь:

Feα(C)→Feα +Fe₃C, происходит при всех температурах, т.к. свободная энергия мартенсита при всех температурах больше свободной энергии перлита.

Схема свободных энергий основных структур показывает, что выше Т₀ возможно превращение мартенсита в аустенит. Однако, экспериментально это не подтверждается, т.к. вероятно, раньше успевает произойти превращение М→П (распад мартенсита).