Промежуточное и мартенситное превращения стали. (Лекция 4)

Содержание

Слайд 2

Промежуточное (бейнитное) превращение ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКАЯ КАРТИНА ПРЕВРАЩЕНИЯ

Развивается в области между перлитным и мартенситным превращением.
Некоторые

Промежуточное (бейнитное) превращение ТЕРМОКИНЕТИЧЕСКАЯ КАРТИНА ПРЕВРАЩЕНИЯ Развивается в области между перлитным и
его особенности указывают на некоторое сходство с перлитным превращением, а другие с мартенситным превращением аустенита. Речь идет о следующем:
-Особенности кинетики превращения;
-Изменение фазового состава, морфологии, структуры и субструктуры продуктов превращения, отличающиеся от продуктов перлитного и мартенситного превращений. Сочетание диффузионных и кооперативных (мартенситных) процессов обуславливает сложность превращения. Возможны различные варианты характера превращений в сталях различного типа легирования и часто противоположного характера.
Наиболее четко характер бейнитного превращения проявляется в сталях легированных карбидообразующими элементами, у которых область бейнитного превращения обособлена от области перлитного и мартенситного превращений.

Слайд 3

Кинетика промежуточного превращения
В изотермических условиях превращение начинается после некоторого инкубационного периода. Существует

Кинетика промежуточного превращения В изотермических условиях превращение начинается после некоторого инкубационного периода.
С-образная зависимость превращения (скорости) от температуры, а также времени достижения определенной доли превращения. Превращение может быть подавлено и переведено в мартенситное, быстрым охлаждением.
Превращение при постоянной температуре, идет лишь до определенного предела и прекращается при некоторой доле непревратившегося аустенита.

Слайд 4

Промежуточное (бейнитное) превращение

АостII

сек

Промежуточное (бейнитное) превращение АостII сек

Слайд 5

Морфология, тонкая структура бейнита и кристаллогеометрия превращения

Морфология бейнита
По особенности микроструктуры различают верхний

Морфология, тонкая структура бейнита и кристаллогеометрия превращения Морфология бейнита По особенности микроструктуры
и нижний бейнит (рис. 25-62).
Верхний бейнит – характеризуется группами тесно примыкающих к друг другу сравнительно светлых пластин α-фазы (толщин <1 мкм, ширина 5÷10 мкм, длина 10÷50 мкм), на фоне которых, наблюдаются вытянутые карбидные частицы.
Эл. микроскопические исследования показали, что α-частицы состоят из элементов структуры, ширина которых ~ на порядок меньше.
Строение нижнего бейнита подобно отпущенному мартенситу: индивидуальные пластины (иглы); внутри пластин α-фазы распределены одинаково ориентированные карбидные частицы, ориентировка которых, не совпадает с длинной осью кристалла α-фазы. Плотность дислокаций в кристаллах α-фазы верхнего и нижнего бейнита сравнительно высока.
Рост кристаллов α-фазы по разным источникам может происходить: дискретно, путем последовательного роста отдельных единиц, либо может быть непрерывный рост.
Представляется, что схема появления и роста пластин бейнита (α-фазы) зависит от ряда факторов:
Температурной зоны превращения;
Содержание количества углерода;
Скорость охлаждения в зоне температуры превращения
И в итоге (1÷3) – уровень микронапряжений сжатия в микрообъёмах

Слайд 6

Мартенситный механизм γ→α перехода характерен для промежуточного превращения аустенита. Об этом свидетельствует

Мартенситный механизм γ→α перехода характерен для промежуточного превращения аустенита. Об этом свидетельствует
и высокая плотность дислокаций α-фазе бейнита.
Возможно самоторможение бейнитного превращения при изотермических выдержках (вблизи верхней границы начала А→Б ).
В низколегированных сталях, где диаграмма диффузионного и бейнитного превращения совмещены об этом трудно судить.
Процессы: скорость роста кристалла α-фазы бейнита позволяет предполагать, что она определяется диффузионным отводом углерода от растущего кристалла в окружающий аустенит.
(α→с→γ). Это справедливо, если рост α-фазы непрерывный.
Отвод углерода от фронта растущего кристалла α-фазы зависит от температуры, концентрации углерода в γ→α-фазе при переходе и поля напряжений в фазовом переходе и существующей при этом релаксации напряжений.
Влияние легирования на эти процессы связаны со смещением температурного интервала превращения к более низким температурам, с понижением подвижности атомов углерода и градиентов концентраций у границы А↔Ф(α). Повышение отношений концентрации Cr и С (Cr/С) в составе аустенита может обусловить полное подавление бейнитного превращения, при этом резко понижается подвижность углерода.

Слайд 7

Перераспределение углерода и состав фаз образующихся при промежуточном превращении
В углеродистых и легированных

Перераспределение углерода и состав фаз образующихся при промежуточном превращении В углеродистых и
сталях при температуре образования верхнего бейнита возникает цементит (Fe3C). Это справедливо даже в случае легирования Cr, Mo, W.
Содержание легирующих элементов в цементите бейнита ~ равно средней концентрации их в стали.
Независимо от путей образования цементита – из аустенит или α-фазы, это указывает на практически полное отсутствие диффузионного перераспределения легирующих элементов при бейнитном превращении. При повышенной температуре возможно некоторое обогащение α-фазы карбидами (но это нужно рассматривать, как вторичный процесс – перераспределение легирующих элементов между α-фазой и цементитом).
При низких температурах изотермического превращения можно образование ε-карбида (260÷300ºC)
О перераспределении углерода между α-фазой и γ много разноречиво.

Слайд 8

Механизм промежуточного превращения
Основные положения:
1. Кооперативный механизм γ→α превращения
2. Диффузионное перераспределение углерода (зависит от [C]

Механизм промежуточного превращения Основные положения: 1. Кооперативный механизм γ→α превращения 2. Диффузионное
и легирующих элементов)
Затрудняется непосредственное образование карбидов из аустенита
Этапы:
-отвод углерода в остаточный аустенит
-образование при γ→α переходе карбидных фаз и частично мартенситного превращения
Таким образом – бейнитное превращение аустенита – это превращение особого типа, при котором мартенситное превращение и диффузионное перераспределение углерода - взаимосвязаны. Такое превращение специфично для сплавов, содержащих элементы с резко различной диффузионной подвижностью (в стали – железо и углерод).
-Другие процессы, наблюдающиеся в определенных условиях: -непосредственное выделение карбидов из аустенита и α-фазы, приводят к существенным изменениям структуры и свойств продуктов превращения, но с точки зрения механизмов превращения – это процессы – вторичные.

Слайд 9

Перераспределение углерода и состав фаз, образующихся при промежуточном превращении

Обогащение остаточного аустенита углеродом

Объем

Перераспределение углерода и состав фаз, образующихся при промежуточном превращении Обогащение остаточного аустенита
превращения

Обогащение остаточного аустенита
Фазы:
- α фаза (мартенситного типа)
Карбидная фаза (цементитного типа)
γ - остаточный

Обогащение остаточного аустенита углеродом

Обогащение происходит только в ходе превращения (1 час),
далее – релаксация и выделение карбидных фаз

Слайд 10

Перераспределение углерода и состав фаз, образующихся при промежуточном превращении

Обогащение происходит только в

Перераспределение углерода и состав фаз, образующихся при промежуточном превращении Обогащение происходит только
ходе превращения (5 минут),
далее – релаксация и выделение карбидных фаз

Обогащение остаточного аустенита
- Релаксация напряжений (360, 305оС) и min диффузия углерода
Большая доля образования карбидных фаз

Слайд 11

Перераспределение углерода и состав фаз, образующихся при промежуточном превращении

Ускорение процесса превращения

Перераспределение углерода и состав фаз, образующихся при промежуточном превращении Ускорение процесса превращения

Слайд 12

Кинетические кривые бейнитного превращения стали типа 20Х2Н4М с различным содержанием молибдена, масс.%:

Кинетические кривые бейнитного превращения стали типа 20Х2Н4М с различным содержанием молибдена, масс.%:

1 – 0,34; 2 – 0,79; 3 – 1,23; 4 – 0 (составы 16, 17, 18, 20 соответственно таблицы 2.1)

Кинетические кривые бейнитного превращения стали типа 20Х2Н4, легированной карбидообразующими элементами (№№ 1, 2, 3, 4, 5 соответственно составам 20, 21, 22, 23, 24 таблицы 2.1)

Слайд 13

Влияние молибдена на соотношение средних скоростей бейнитного превращения стали типа 20Х2Н4 при

Влияние молибдена на соотношение средних скоростей бейнитного превращения стали типа 20Х2Н4 при
непрерывном охлаждении (vохл = ~4 град/мин). (№№ 1, 2, 3, 4 соответствуют №№ 16, 17, 18, 20 таблицы 2.1)

Соотношение средних скоростей бейнитного превращения стали типа 20Х2Н4 легированной карбидообразующими элементами (Mo, W, V) при непрерывном охлаждении (vохл = ~4 град/мин). (№№ 1,2 , 3, 4, 5 соответствуют №№ 20, 21, 22, 23, 24 таблицы 2.1)

Слайд 14

Влияние молибдена на температуру начала А → Б превращения (ТБ) стали типа

Влияние молибдена на температуру начала А → Б превращения (ТБ) стали типа
20Х2Н4 (составы №№ 16÷19 табл. 2.1). Данные значения температуры начала А → Б превращения определены магнитным методом

Слайд 15

Обобщенная диаграмма изотермического распада аустенита при температуре 350 оС опытных составов стали

Обобщенная диаграмма изотермического распада аустенита при температуре 350 оС опытных составов стали
хромоникелевой композиции при легировании молибденом, вольфрамом и ванадием, масс.%:
1 — 22Х2Н4 (Ni=3,58);
2 — 22Х2Н4W (Ni=3,58, W=0,45);
3 — 22Х2Н4МВ (Ni=3,58, W=0,45, Мо=0,43);
4 — 24Х2Н4М (Ni=3,58, Мо=0,34);
5 — 24Х2Н4М (Ni=3,75, Мо=1,23);
6 — 20Х2Н4МВФ (Ni=4,38);
7 — 20Х2Н4МВФА (Ni=4,38, Мо=1,38)

Обобщенная диаграмма изотермического распада аустенита при 400 ºС опытных составов стали хромоникелевой композиции при легировании молибденом, вольфрамом, и ванадием
(№ 1, 2, 3, 4, 5 соответствуют составам № 20, 21, 22, 23, 24 таблицы 2.1)

Слайд 16

Температурная зависимость скорости превращения аналогична мартенситному превращению. (Интенсивно ускоряется в начальный период)

Температурная зависимость скорости превращения аналогична мартенситному превращению. (Интенсивно ускоряется в начальный период)
и отличается от перлитного превращения, которое всегда доходит до конца, если время не ограничено.
В легированных сталях с четко выраженной границей начала бейнитого превращения – границу обозначают Бн (Вs).
Частичное превращение аустенита в бейнитной области понижает Мн при дальнейшем охлаждении и приводит к большему количеству остаточного аустенита.
Характер превращения «типа мартенситного» приводит к появлению на поверхности полированного шлифа характерного игольчатого рельефа.
Эффект легирования: Cr и Si тормозят превращение после части его завершения во всем диапазоне температурной области, Ni и Mn – только в верхней части его превращения.
Наблюдается, к примеру, необъяснимые явления в этой сфере:
-Повышение температуры аустенитизации, ведущее к росту зерна аустенита и увеличению степени совершенства его внутренней структуры, во многих случаях ускоряет промежуточное превращение (при перлитном превращении – наоборот).
Многие легирующие элементы увеличивают продолжительность инкубационного периода, понижают верхнюю границу Бн (по нашим данным на стали типа 20Х2Н2 и 20Х2Н4 с дополнительным легированием Mo, W, V это не наблюдается. См. рис. Из М.К.).
-Понижение температуры минимума скорости и скорости бейнитного превращения

Слайд 17

Превращения аустенита при непрерывном охлаждении

Превращения аустенита при непрерывном охлаждении

Слайд 19

Мартенситное превращение

Мартенситное превращение

Слайд 20

Полиморфное γ→α превращение

Полиморфное γ→α превращение

Слайд 21

Зависимость Мн от [C] и легирования. Мн ↓ на 1% легирования.

Влияние карбидообразующих

Зависимость Мн от [C] и легирования. Мн ↓ на 1% легирования. Влияние
элементов на положение МН и МК, количество остаточного аустенита в стали 2Cr—4Ni композиции

Слайд 23

Обратимость мартенситных превращений Fe + 30% Ni

α

α


ΔТ

γ

γ

Обратимость мартенситных превращений Fe + 30% Ni α α ↓ ΔТ ↑ γ γ

Слайд 24

Кристаллогеометрия мартенситного превращения

Кристаллогеометрия мартенситного превращения

Слайд 25

Кристаллогеометрия мартенситного превращения

Термоупругое равновесие при мартенситном превращении. Псевдопластичность, псевдоупругость и эффект памяти

Кристаллогеометрия мартенситного превращения Термоупругое равновесие при мартенситном превращении. Псевдопластичность, псевдоупругость и эффект памяти формы.
формы.

Слайд 26

Полиморфное γ→α превращение

Кривые изотермического превращения γ – фазы стали с 0,04 %С,

Полиморфное γ→α превращение Кривые изотермического превращения γ – фазы стали с 0,04
легированной 6 % Cr, 3% Ni, и 1,2 % W при температурах (цифры у кривых, оС) ниже Мн

Слайд 27

1 2 3 4
5 6 7 8
9 10 11 12
13 14 15

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
16

Слайд 28

Нагрев 1200оС – крупные ауст. зерна
Охлаждение до 375 оС – зарождение первых

Нагрев 1200оС – крупные ауст. зерна Охлаждение до 375 оС – зарождение
мартенситных игл на границе зерен.
Охлаждение →350 оС, выдержка 5 сек., появление новых мартенситных игл в границах аустентных зерен и игл в поперечном направлении встык к уже образовавшимся.
Выдержка 350 оС – 1 мин.- развитие этих процессов, развитие // март. Линий (т.е. сдвигов по плоскостям // прежним) и развитие поперечных.
Охл. до 300 отн. Максим. насыщенность линий сдвига, (можно предполагать о завершении мартенситного превращения)
Охл. до 100 – малоотличимое фото от предыдущего, что подтверждает о пр. полном завершении превращения к 300 оС.
Нагрев на 650 оС-5 мин. Картина мартенситных игл (сдвиговых превращений) остается без изменений.
Охл. до 100 оС (проверка на превращение остаточного аустенита, вид характера превращения – не отличается от позиции 6,7.
Нагрев 700 оС (около Ас1) – картина сохраняется (т.е. вид структуры по поверхности полированного образца сохраняется.
Нагрев до 800 оС(около Ас3) –«»-
900 оС→930 оС→950→975→1000 Начинается размытие структуры мартенсита.
13. 14. 15.
Охл. 370 – дополнительное мартенситное превращение, на фоне прежнего наблюдается насколько более плотная распределение мартенситных сдвиговых линий.
Охлаждение.

17

Слайд 29

1 2 3
4 5 6
7 8 9

1 2 3 4 5 6 7 8 9
Имя файла: Промежуточное-и-мартенситное-превращения-стали.-(Лекция-4).pptx
Количество просмотров: 43
Количество скачиваний: 0