Сл.13. Наряду с межпластиночным расстоянием внутри колоний перлита важной структурной характеристикой является размер колоний. Эти колонии при разрушении стали ведут себя как самостоятельные зерна. Размер фасеток в изломе в среднем равен размеру перлитных колоний. С уменьшением размера перлитных колоний, называемых также эвтектоидными зернами, ударная вязкость стали растет.

Перлитные колонии зарождаются на границах аустенитных зерен. Поэтому с уменьшением размера зерна аустенита сокращается и размер перлитных колоний (при данной степени переохлаждения аустенита). С ростом степени переохлаждения перлитные колонии становятся несколько мельче. Ни размер аустенитного зерна, ни размер перлитных колоний не влияют на межпластиночное расстояние, которое зависит только от температуры превращения.

Сл.14. 2. Превращения аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях

Выше рассматривалось превращение аустенита в стали эвтектоидного состава. В до- и заэвтектоидных сталях перлитному превращению должно предшествовать выделение избыточных фаз – феррита и вторичного цементита (см. рис. 69). На диаграммах изотермических превращений аустенита в до- и заэвтектоидных сталях должны быть нанесены линии начала образования избыточной фазы (рис. 75).

Рис. 75. Диаграмма изотермического распада аустенита в доэвтектоидной стали (схема): А – устойчивый аустенит; А_п – переохлажденный аустенит; Ф – феррит; К – карбид

В случае непрерывного охлаждения избыточный феррит начинает образовываться при переохлаждении аустенита ниже точки А₃ и продолжает зарождаться и расти до температур ниже точки A₁. При росте феррита углерод накапливается в аустените перед фронтом превращения, так как феррит почти не содержит углерода. При температурах ниже А₁ в этих обогащенных углеродом участках аустенита зарождается перлитная колония. Для этого состав аустенита не обязательно должен достигать концентрации 0,8% С. В перлите (сорбите, троостите), образовавшемся из аустенита с содержанием менее 0,8% С, увеличена доля ферритных промежутков. Такой эвтектоид с повышенным против равновесной концентрации эвтектоидной точки содержанием железа был назван А. А. Бочваром квазиэвтектоидом. В заэвтектоидных сталях квазиэвтектоид обогащен углеродом по сравнению с составом точки S.

Относительное количество структурно свободной избыточной фазы зависит от степени переохлаждения аустенита. С увеличением скорости охлаждения уменьшается количество успевающего обособленно вырасти избыточного феррита или вторичного цементита. При достаточно большом переохлаждении образование избыточной фазы в виде самостоятельной структурной составляющей полностью предотвращается и сталь неэвтектоидного состава приобретает чисто квазиэвтектоидную структуру.

Сл.15. Форма и строение доэвтектоидного феррита

Избыточный феррит в доэвтектоидных сталях встречается в двух формах: в виде компактных более или менее равноосных зерен и в виде ориентированных видманштеттовых пластин (рис. 76). Компактные выделения доэвтектоидного феррита образуются преимущественно по границам зерен аустенита, а видманштеттовы пластины – внутри аустенитных зерен.

Рис. 76. Микроструктура доэвтектоидной стали. х100: а – видманштеттова структура литой стали; б – та же сталь после полного отжига

Сл.16. 3. Влияние легирующих элементов на перлитное превращение

Легирующие элементы оказывают чрезвычайно важное для практики влияние на кинетику распада аустенита. За исключением кобальта, все широко используемые легирующие элементы, растворенные в аустените (Cr, Ni, Mn, W, Mo, V и др.), замедляют перлитное превращение, сдвигая верхнюю часть С-кривой вправо.

Легирующие элементы могут замедлять перлитное превращение по следующим причинам:

1) из-за образования специальных карбидов и необходимости диффузионного перераспределения в аустените легирующих элементов, атомы которых несравненно менее подвижны, чем атомы углерода;

2) из-за замедления диффузии углерода;

3) из-за уменьшения скорости полиморфного γα превращения.

В зависимости от состава стали и степени переохлаждения аустенита решающим может оказаться тот или иной из указанных факторов.

Более сильный эффект оказывает легирование одновременно несколькими элементами. Замедление распада аустенита под действием легирующих элементов широко используют для увеличения прокаливаемости стали

13