Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита для эвтектоидной стали

Для построения этой диаграммы изучают превращение аустенита на изотермах, т.е. при постоянной температуре. Разберем построение подобной диаграммы для эвтектоидной стали (сталь У8 или сталь 80).

Тонкие образцы нагревают до аустенитного состояния (выше точки Ас₁), а затем переохлаждают до различных температур, лежащих ниже точки А₁ (рис. 7.5), путем погружения в ванну, где и проводят выдержку при постоянной температуре (выдерживают на изотерме). Ванна может быть соляной, свинцовой или оловянной. Диаграмма строится в координатах температура – логарифм времени. Время берется по логарифмической шкале потому, что это дает возможность откладывать в масштабе время, начиная от долей секунд до сотен миллионов секунд (см. рис. 7.6).

Образец, помещенный в ванну, имеющую температуру изотермы, почти мгновенно принимает температуру ванны.

Рассмотрим изотерму при температуре t₁ (рис. 7.6). Превращение аустенита начинается (точка Н₁ на рис. 7.6) через некоторый промежуток времени ( ), который называется инкубационным периодом. Начало и конец распада аустенита можно определить несколькими методами (магнитным, дилатометрическим). Конец превращения аустенита также отмечают на изотерме (т. К₁).

Рис. 7.6 Превращение переохлажденного аустенита на изотерме при температуре t₁ (для эвтектоидной стали (У8))

Рис. 7.7 Построение диаграммы изотермического превращения аустенита для эвтектоидной стали (У8)

Таким же способом определяют время начала и конца превращения аустенита для других температур изотерм (рис. 7.7). Если соединить все точки, обозначенные «Н», получается кривая начала распада аустенита, а если соединить все точки, обозначенные буквой «К», получается кривая конца распада аустенита.

Как видно из рис. 7.7, инкубационный период зависит от температуры изотермы: сначала инкубационный период уменьшается, самый маленький инкубационный период наблюдается при 550⁰С, а затем возрастает, по мере понижения температуры. Увеличение скорости превращения аустенита при больших степенях переохлаждения вполне понятно, т.к. возрастает разность свободных энергий между аустенитом и получающимися структурами. Это приводит к уменьшению критического размера зародыша, что приводит к значительному росту числа центров перекристаллизации. С другой стороны, распад аустенита на феррито-цементитную смесь носит диффузионный характер, т.к. образуются фазы, резко отличающиеся по химическому составу от исходной (см. выше реакцию Fe (С)→Fe +Fe₃C). Скорость диффузии резко уменьшается с понижением температуры, следовательно, с увеличением степени переохлаждения должно замедляться превращение. В результате борьбы этих двух противоположных факторов скорость превращения по мере снижения температуры сначала увеличивается (преобладает фактор увеличения разности свободных энергий), а затем уменьшается (влияет 2-й фактор – замедляется скорость диффузии).

При температуре 240⁰С и ниже превращение аустенита начинается без инкубационного периода (см. рис. 7.7), бездиффузионным способом. Это превращение называется мартенситным, оно не сопровождается перераспределением углерода. В стали У8 мартенситное превращение заканчивается при температуре (-50⁰С). На диаграмме начало мартенситного превращения обозначается Мн, а конец – Мк. На изотермах между Мн и Мк мартенситное превращение не идет до конца.

Таким образом, характер превращения аустенита зависит от температуры: в стали У8 до температуры ~ 500⁰С происходит перлитное превращение, которое носит диффузионный характер; между точками Мн и Мк превращение бездиффузионное – мартенситное, а между ними – промежуточное (см. рис. 7.8), которое носит частично диффузионный, а частично бездиффузионный характер.