На рис. 51 изображены в виде схемы структурные превращения, которые происходят при нагреве и медленном охлаждении в стали с содержанием углерода, равным 0,8%. (сталь У8).
Следует обратить внимание на то, что образующийся при нагреве аустенит получается более мелкозернистым, чем исходное перлитное зерно. Размер получающихся зерен аустенита будет определяться размером пластинок перлита.
При охлаждении размер получающихся зерен перлита будет определяться размером зерен аустенита. Из мелкого аустенитного зерна получится мелкое перлитное зерно, что достаточно хорошо видно из рассматриваемого рисунка.
Таким образом, вызывая перекристаллизацию перлита в аустенит, можно размельчить структуру стали, чем на практике часто пользуются.
Из этой же схемы видно, что при нагреве аустенитное зерно растет. Чем выше температура, тем крупнее зерно аустенита.
Если хотят получить мелкое зерно в стали при комнатной температуре (мелкозернистая структура имеет более высокое значение ударной вязкости, твердости и прочности), необходимо иметь мелкое аустенитное зерно перед охлаждением.
До сего времени мы разбирали структурные превращения при медленном охлаждении. Практически такое охлаждение можно осуществить охлаждением детали вместе с печью либо в горячей золе, песке и т.д. В результате такого охлаждения сталь получается довольно мягкой, пластичной и хорошо обрабатывается резанием, но обладает сравнительно невысокой прочностью.
Прочность и твердость стали можно повысить за счет увеличения скорости охлаждения после нагрева до аустенитной структуры. Это вызывается тем, что в стали образуются другие, отличные от перлита, структуры, которые и повышают твердость и прочность стали.
На рис. 52 показана схема превращения аустенита в стали У8 при охлаждении с различными скоростями. Так, при охлаждении вместе с печью, как и было отмечено на рис. 51, аустенит превращается в пластинчатый перлит. Причем это превращение проходит почти три постоянной температуре (723°).
При охлаждении на воздухе аустенит превращается в структуру, которая носит название сорбит, при охлаждении в горячем масле — в троостит (названия даны в честь ученых Сорби и Трооста).
Образование сорбита начинается при температуре 600° и заканчивается при температуре 500°.
Троостит образуется при еще более низких температурах — 500—200°.
По своему строению перлит, сорбит и троостит очень сходны.
Все они являются механическими смесями феррита и цементита. Разница лишь в размерах пластинок феррита и цементита. В троостите они самые тонкие, в перлите самые крупные, что видно из рис. 52.
Мартенсит
При охлаждении в воде аустенит сохраняется в стали до температуры примерно 200° и затем мгновенно превращается в структуру, которую называютмартенситом. (Название дано в честь ученого Мартенса).
В сталях с большим содержанием углерода аустенит не полностью превращается в мартенсит. Часть его сохраняется. Такой аустенит называют остаточным аустенитом.
Структура мартенсита отлична и по строению и по свойствам от сорбита и троостита.
Мартенсит представляет собой пересыщенный твердый раствор углерода в α-железе.
Сталь, имеющая структуру мартенсита, обладает высокой твердостью, прочностью, электросопротивлением, но она хрупка.
Скорости охлаждения и получаемые при этом структуры, которые рассмотрены на примере стали У8, характеризуют только углеродистые стали.
При охлаждении легированных сталей рассмотренные структуры могут получиться при иных скоростях охлаждения.
Почти во всех легированных сталях при охлаждении в масле получается структура мартенсита. В некоторых легированных сталях, даже при охлаждении на воздухе, получается мартенсит.
В связи с этим при изучении термической обработки следует ознакомиться с терминомкритическая скорость закалки, т.е. наименьшая скорость охлаждения, при которой в структуре стали получается чистый мартенсит.
Таким образом, чем меньше критическая скорость закалки, тем с меньшей скоростью нужно охлаждать сталь, чтобы получить структуру мартенсита.
§
