Obróbka cieplna

Obróbka cieplna stali

Powstanie austenitu podczas nagrzewania

Ujednorodnianie austenitu

Zmiany wielkości ziarna

Przemiany w stali podczas chłodzenia

• Martenzytyczna

• Bainityczna

• Perlityczna

Przemiana martenzytyczna

Przemiana dyfuzyjna przy dużym przechłodzeniu austenitu z szybkością większą od krytycznej vk. Martenzyt - przesycony roztwór węgla w żelazie α. Warunek przemiany - ciągłe obniżanie temperatury w zakresie M_s do M_f. Wartości M_s i M_f zależą od składu chemicznego austenitu.

Początek przemiany: utworzenie w austenicie embrionów (błędy ułożenia, źródła Franka-Reada, pętle dyslokacji), przemiana w zarodki i autokataliza.

Podczas przemiany następuje skoordynowane przemieszczenie atomów bez zmiany sąsiadujących atomów. Wynik - charakterystyczny relief. Granice ziaren martenzytu położone są wzdłuż nieodkształconej płaszczyzny austenitu, zwanej płaszczyzną habitus.

Krystalografia przemiany martenzytycznej

Przebieg przemiany martenzytycznej

• Atermicznie w czasie 10 ^-7 s

• Wybuchowo poniżej 0°C

• Izotermicznie dla niskiej M_s i niskiej szybkości zarodkowania martenzytu.

W wyniku przemiany martenzytycznej w stalach mogą utworzyć się dwa rodzaje martenzytu:

• Listwowy: w niemal wszystkich stopach żelaza, duża gęstość dyslokacji, komórkowa struktura dyslokacyjna, wymiary 0,1 ÷ 3μm, stosunek wymiarów 1 : 7 : 30. Pakiety z listew położonych w kierunku <111>.

• Płytkowy: w nielicznych stopach żelaza, kształt podobny do soczewek.

Austenit szczątkowy

Przemiana bainityczna

• Zachodzi przy przechłodzeniu stali do 450 ÷ 200°C

• Bainit: mieszanina ferrytu przesyconego węglem i drobnodyspersyjnych węglików

• Zarodkowanie rozpoczyna dyfuzja węgla w austenicie do granic ziaren i dyslokacji

• Zarodkami są miejsca ubogie w węgiel

• Wymagany czas inkubacji

• Równoczesna przemiana martenzytyczna w obszarach o małym stężeniu węgla i wysokiej M_s oraz wydzielanie drobnych cząstek cementytu

• Po przemianie martenzytycznej w czasie dalszego chłodzenia: wydzielanie cementytu i węglika ε, a osnowa staje się ferrytem przesyconym węglem

• Rozrost bainitu kontrolowany szybkością dyfuzji węgla w austenicie.

Do rysunku: w b) zamiast zarodek ferryrtu ma być zarodek cementytu.

Morfologia bainitu

• Bainit górny: ziarna przesycone węglem ferrytu o nieregularnych kształtach z nieregularnymi wydzielaniami węglików oraz austenit szczątkowy

• Bainit dolny: przesycony węglem ferryt o postaci listwowej, zbliżonego do martenzytu, płytkowe węgliki w równoległych rzędach ściśle zorientowanych względem ferrytu oraz austenit szczątkowy.

Przemiana perlityczna

• Zachodzi przy chłodzeniu austenitu nieznacznie poniżej temperatury Ar₁

• Perlit: mieszanina eutektoidalna złożona z płytek ferrytu oraz cementytu

• Przemiana dyfuzyjna związana z przegrupowaniem atomów węgla i zachodząca przez zarodkowanie i wzrost zarodków

• Zarodkowanie heterogeniczne na cząstkach cementytu, płytkach ferrytu, a w austenicie na granicach jego ziarn

• Kolejno tworzenie płytek cementytu i ferrytu

Morfologia perlitu

• Utworzone kolonie perlitu mają kształt kulisty

• Grubość płytek cementytu jest siedmiokrotnie mniejsza od grubości płytek ferrytu

• Grubości płytek są prawie stałe w stałej temperaturze i nie zależą od wielkości ziarna

• Obniżaniu temperatury towarzyszy zmniejszenie się odległości między płytkami

Wykresy przemian austenitu podczas chłodzenia

• Krzywe czas - temperatura - przemiana CTP

• CTP_i - przy chłodzeniu izotermicznym

• CTP_c - przy chłodzeniu ciągłym

Krzywe CTP

Przemiany podczas wygrzewania stali węglowych po przemianie martenzytycznej

• 80 ÷ 200°C - rozkład martenzytu i wydzielanie węglika ε-Fe2C o strukturze heksagonalnej, sprzężonego z osnową, spadek stężenia węgla w martenzycie, zmniejszenie tetragonalności martenzytu i tworzenie martenzytu o sieci regularnej (martenzytu odpuszczonego)

• 200 ÷ 300°C - przemiana austenitu szczątkowego w martenzyt odpuszczony

• 300 ÷ 400°C - rozpuszczanie się węglika w osnowie i niezależne wydzielanie się cementytu

• 400 ÷ 600°C - koagulacja cząstek cementytu, sferoidyzacja, powstawanie martenzytu wysokoodpuszczonego - sorbitu, tj. bardzo drobnych kulistych cząstek cementytu w osnowie ferrytycznej

• >600°C - koagulacja cementytu, zdrowienie i rekrystalizacja osnowy, powstanie sferoidytu, tj. cementytu kulkowego w osnowie ferrytu o niskiej twardości.

---