Přeměny austenitu

1. Přeměny austenitu • Při poklesu teploty polymorfní oceli pod kritické teploty A3, Acm a A1 dojde k přeměnám přechlazeného austenitu. • Základem přeměn je přeměna gama železa na alfa železo, která je doprovázena značnou změnou rozpustnosti uhlíku v tuhých roztocích. • Výška teploty přeměny má rozhodující význam pro difúzi uhlíku a železa. • Proeutektoidní přeměny • Eutektoidní transformace – perlitická přeměna • Bainitická přeměna • Martenzitická přeměna

2. Proeutektoidní přeměny • Existují u všech ocelí s výjimkou eutektoidní oceli (ocel s eutektoidní koncentrací uhlíku. • Tyto přeměny mají výrazný vliv na strukturu a vlastnosti oceli. • U podeutektoidní oceli je to ferit dle A3 • U nadeutektoidní oceli je to cementit dle Acm

3. Eutektoidní transformace – perlitická přeměna • Heterogenní přeměna s přenosem hmoty na dlouhou vzdálenost • Aktivovaný tepelný růst probíhající při izo- i anizotermickém rozpadu vysokoteplotní fáze • Nukleace probíhá na hranicích zrn austenitu, vzniklý zárodek roste směrem do středu zrna austenitu. • Zárodek ochuzuje nebo obohacuje austenit uhlíkem čímž vytváří příznivé podmínky pro nukleaci druhé fáze.

4. Eutektoidní transformace – perlitická přeměna • Tato druhá fáze roste čelně, čímž střídavě vedle sebe vznikají deskovité útvary feritu a cementitu a tvoří lamelární perlit. • Mezilamelární vzdálenost je přímo úměrná teplotě vzniku perlitu. • Austenitické zrno se rozpadá na více zrn perlitu.

6. Bainitická přeměna • Vznik směsi laťkového feritu a disperzního deskovitého karbidu železa (SEM, TEM). • Austenit transformuje na bainitický ferit, který má tetragonální tělesně středěnou mřížku a je několikanásobně přesycen uhlíkem.

8. Bainitická přeměna Bainitická křivka eutektoidní oceli 100 Bf Množství bainitu (%) Bs 0 450 550 350 Teplota (°C)

9. Martenzitická přeměna • Atermální (bezdifúzní) přeměna charakterizována koordinovaným přeskupením atomů železa na vzdálenost menší než jsou velikosti parametrů krystalové mřížky, při kterém se FCC mřížka austenitu přemění na tetragonální tělesně středěnou mřížku martenzitu. • V okolí rostoucího martenzitu vzniká napěťové pole bránící další přeměně. Netransformovaná fáze (Az) se nazývá zbytkový austenit.

11. Martenzitická přeměna 700 °C Ms 0 °C Mf -200 °C % C

12. Martenzit je tvrdší než původní fáze • Tvrdost je dána zpevňujícími mechanizmy: • Zpevnění tuhého roztoku (zejména pak intersticiálním uhlíkem) • Zpevnění vyvolané hranicemi martenzitických útvarů • Substrukturní zpevnění (dislokační nebo dvojčatový martenzit) • Zpevňovací mechanizmy společně se značným vnitřním pnutím způsobují vysokou křehkost martenzitu • S obsahem uhlíku se zvyšuje nebezpečí vzniku kalicích mikrotrhlin Vznik předčasných a zbrzděných lomů! Vysoká tvrdost a křehkost zakalené oceli se odstraňuje popouštěním (následuje ihned po kalení)

13. Popouštění oceli • CÍL: SNÍŽENÍ VNITŘNÍHO PNUTÍ MARTENZITU • Ohřev následující bezprostředně po zakalení, při kterém nerovnovážné fáze martenzit a zbytkový austenit procházejí změnami • 4 stádia popouštění 1. stádium – cca do 200 °C – rozpad tetragonálního martenzitu na nízkouhlíkový martenzit kubický (do 0,125 %C) a nerovnovážný karbid ε (Fe2,4C) s těsně uspořádanou hexagonální mřížkou. První stádium je spojeno pouze s mírným poklesem tvrdosti 2. stádium – 200 až 300 °C – rozpad zbytkového austenitu ve strukturu bainitického typu. Spojeno se snížením tvrdosti nebo zvýšení dle obsahu zbytkového austenitu 3. Stádium – nad 300 °C – tvorba cementitu za současného rozpadu nízkouhlíkového martenzitu na ferit. Monotóní pokles tvrdosti a pevnosti současně se zvýšením tvárnosti 4. Stádium – nad 500 °C – hrubnutí částic cementitu a feritu. U vysokolegovaných ocelí v tomto stádiu precipitují speciální karbidy zvyšující tvrdost – sekundární tvrdost

14. Transformační diagramy • Znázorňují teplotní a časovou závislost průběhu přeměn přechlazeného austenitu • Při stálé teplotě rozpadu austenitu – izotermický rozpad austenitu • Různá rychlost ochlazování – anizotermický rozpad austenitu

15. Transformační diagramy • Konkrétní transformační diagram platí jen pro určitou ocel – chemické složení, podmínky austenitizace. • Znalost kinetiky přeměn austenitu – význam při tepelném zpracování. • IRA – význam pro izotermické pochody tepelného zpracování. • ARA – tepelné zpracování austenitu s plynulým ochlazováním.

16. Transformační diagramy • Osy „T“ a „log t“ • Údaje o křivkách A1, A3, Acm • Polohy začátků a konců přeměny perlitické (Ps, Pf), bainitické (Bs, Bf) a martenzitické (Ms, Mf). • Stanovují se na základě experimentů, nově i též na základě termodynamických výpočtů.

17. IRA • Křivky počátku a konce perlitické přeměny mají tvar C. • C křivky počátku a konce perlitické přeměny se u uhlíkových ocelí v určité oblasti překrývají – jsou nahrazeny společnou křivkou. • V intervalu teplot A1 a nosu (550 °C u uhlíkových ocelí) vzniká lamelarní perlit. • Mezilamelární vzdálenost perlitu s klesající teplotou se zmenšuje. • Pod nosem do Ms převládá bainitická přeměna. • Pod Ms probíhá bezdifúzní martenzitická přeměna. A1 Pf Ps teplota Bs Bf Ms Čas

18. Sledování přeměn austenitu teplota čas

19. 1 sec. 3,5 sec. 200 sec.

20. U ocelí o jiném složení než eutektoidním začíná přeměna austenitu vylučováním proeutektoidního feritu nebo cementitu (sekundární) A1 Ps Pf teplota Bf Bs Ms Čas

21. Tvar a poloha křivek diagramu IRA je ovlivněna zejména chemickým složením. • Kromě Al, Co všechny přísadové prvky zvyšují jeho stabilitu austenitu (posun křivek doprava). • Prvky rozpustné ve feritu (Ni, Si, Cu…) nemění tvar diagramu. • Prvky karbidotvorné (Mo, Cr, V, W..) mění tvar diagramu – oddalují od sebe perlitickou a bainitickou oblast. A1 A1 Ps Ps Pf Pf teplota teplota Bs Bs Bf Bf Ms Ms Čas Čas Málo legur Více legur

22. 0,4 %C 0,5 %C 0,6 %C

23. 0 % legur 1 % legur 0,4 %C 2 % legur 4 % legur

24. ARA A1 • Křivky počátků a konců přeměn získány při plynulém ochlazování různými rychlostmi • Diagramy ARA je nutné sledovat ve směru jednotlivých křivek ochlazování!!! • Při pomalém ochlazování se realizuje perlitická přeměna • Při určité rychlosti ochlazování neproběhne perlitická přeměna do konce, ale zbylý austenit transformuje v oblasti bainitické • Pro rychlejší ochlazování potom začne přeměna bainitická a pokračuje martenzitickou přeměnou 1 2 3 4 A-P teplota A-B A-M 6 5 Čas

25. A1 • Od rychlosti, které udává křivka 5 se austenit transformuje pouze na martenzit s jistým podílem zbytkového austenitu • Vliv přísadových prvků na tvar ARA diagramu je podobný vlivu na IRA • Posun křivek je k nižším teplotám a delším časům Ps Pf A-P teplota Bs Bf A-B Ms A-M 6 5 Čas

26. 0,4 %C 0,5 %C 0,6 %C

27. 0 % legur 1 % legur 0,4 %C 2 % legur 6 % legur