Диаграммы превращения аустенита в сталях и бета-раствора в сплавах титана

Попова Л.Е, Попов А.А.

Металлургия, 1991 г.

Методы   изучения кинетики  распада  переохлажденного  аустенита

Как известно, кинетикапревращения переохлажденного аустенита изучается либо в изотермических условиях, либо в процессе непрерывного охлаждения с различными скоростями.

При изотермическом исследовании образцы изучаемой стали нагревают до любой температуры, превышающей температуру образования аустенита. После соответствующей выдержки при температуренагрева образцы быстро переохлаждают до определенной субкритической температуры, при которой выдерживают некоторое время для развития превращения. Важно, чтобы во время охлаждения образцов от температуры нагрева до температуры изотермической выдержки не происходило заметного распада аустенита, т.е. охлаждениедолжно быть достаточно быстрым. Это достигается применением для изотермической выдержки свинцовых или соляных ванн и использованием небольших по размеру образцов, которые охлаждаются по всему сечению равномерно с достаточно большой скоростью. Наблюдать за развитием превращения можно различными методами. Наибольшее распространение получили: структурный, дюрометрический (измерение твердости), магнитный и дилатометрический методы исследования.

При проведении исследований структурным или дюрометричес-ким методами образцы обычно изготовляют в виде пластинок толщиной 2-3 мм, которые одновременно или последовательно нагревают до температуры аустенитизации, после чего быстро переохлаждают до температуры изотермического исследования, при которой выдерживают различное время, а затем закаливают в воде или масле.

В процессе закалки аустенит, не претерпевший превращения при температуре изотермической выдержки, превращается в мартенсит. Поэтому при последующем микроструктурном исследовании образцов довольно легко определить характер и количество продуктов изотермического превращения. Если во время изотермической выдержки не происходило превращения аустенита, т.е. время выдержки было меньше инкубационного периода при данной температуре,то структура представляет собой чистый мартенсит с большим или меньшим количеством остаточного аустенита. Если же во время выдержки превращениеаустенита развивается частично, то в структуре, наряду с мартенситом, присутствуют продукты изотермического превращения, количество и строение которых отражают степень и характер распада аустенита. Естественно, что в случае полного превращения в течение выдержки мартенсита в структуре содержаться не будет.

Приведены фотографии микроструктурпродуктов изотермического превращенияаустенита в стали ЗОХНМ при температурах 650, 500 и 350 С. При 650С превращение начинается с образования по границам зерен избыточного феррита, количество которого с увеличением длительности выдержки растет и непосредственно около него начинается образование перлита. При достаточно длительной выдержке превращение заканчивается полным распадом аустенита. При температурах 500 и 350 °С продуктыпревращения имеют характерное игольчатое строение (верхний и нижний бейнит) и выделяются преимущественно по кристаллографическим плоскостямаустенита (а иногда и по границам зерен) как параллельно, так и под определенными углами друг к другу. С увеличением длительности выдержки количество превращенного аустенита нарастает как за счет образования новых игл, так и за счет роста старых. Часто можно наблюдать образование слоистых пакетов ("перистые" структуры), в которых бейнитные иглы разделены плоскостями непревращенного аустенита.

Таким образом, структурныйметод исследования, хотя и не позволяет непрерывно наблюдать за развитием превращения, однако дает возможность определять моменты заметного начала и конца превращения, промежуточные степенираспада и фиксировать характер образующихся структур при различных степенях переохлаждения, что весьма важно для теории и практики термической обработки. К сожалению, структурныйметод довольно трудоемок и для оценки характера и количества продуктовпревращения требует известной квалификации исследователя. Особенно большие затруднения возникают при изучении превращенияаустенита в районе низких температур, когда продуктыпревращения сильно напоминают обычный мартенсит, с которым они имеют много общего.

При дюрометрическом методе исследования на образцах, обработанных таким же образом, как и при структурном методе, измеряют твердость. Так как твердостьпродуктовпревращения в большей или меньшей степени отличается от твердости мартенсита, по характеру изменения твердости образцов в зависимости от длительности изотермической выдержки обычно удается наметить моменты начала и конца распадааустенита и оценить количество образовавшихся продуктов. Конечно, такие определения весьма ориентировочны, так как присутствие наряду с мартенситом небольшого количества более мягких продуктов превращения, точно так же, как и присутствие небольшого количества мартенсита в продуктах изотермического превращения, мало отражается на изменении твердости стали. Поэтому при дюрометрическом методе исследования величина инкубационного периода получается обычно больше, а время полного распада аустенита, наоборот, меньше, чем при других методах исследования. Особенно большая неточность этого метода наблюдается в тех случаях, когда твердость продуктов       изотермического превращения близка к твердости мартенсита, что соответствует распадуаустенита при температурах, близких к мартенситной точке. В итоге дюрометрический метод имеет довольно ограниченное применение и обычно используется как дополнение к другим методам.

При дилатометрическом и магнитометрическом методах исследования применяют специальные образцы небольшого сечения (обычно цилиндрикидиаметром 3 - 4 мм и длиной 30 - 50 мм). Эти образцы после нагрева и охлаждения до заданной температуры изотермического превращения помещают в печь дилатометра или магнитометра, нагретую до температуры изотермической выдержки, и выдерживают там в течение заданного времени. О развитии превращения во время выдержки судят по изменению либо длины образца, либо его магнитных свойств