Бейнит – игольчатая структура, состоящая из атомов феррита, перенасыщенного углеродом, и железных сплавов. Она образуется в сталях во время промежуточного превращения аустенита. Бейнит был назван в честь ученого Э. Бейна, построившего первые диаграммы распада аустенита.

Характеристика

После длительного нагревания до температуры 900 °С и выше в составе стали остается только одна модификация железа – аустенит. При дальнейшем охлаждении изделия с медленной скоростью ее микроструктурой будет являться перлит и цементит. Доля этих элементов зависит от химического состава железного сплава. При постепенном понижении температуры стали аустенит превращается в перлит, происходит реакция восстановления с участием частиц железа и углерода. Процесс диффузии замедляется при температурах не выше 600 °С.
Превращение аустенита при непрерывном охлаждении

В результате полной остановки диффузии сталь начинает охлаждаться быстрее. В этом случае будет образовываться мартенсит. При низких температурах формируется неравновесная фаза, заключающаяся в изменении формы кристаллической решетки.

При резком охлаждении аустенит может только частично превратиться в мартенсит. Остаточный аустенит не твердый, поэтому он снижает прочность закаленной стали. При дальнейшей обработке или эксплуатации он может превратиться в мартенсит. Но в результате этого процесса на изделии могут появиться дополнительные трещины или иные внешние дефекты. Поэтому при быстром охлаждении важно, чтобы процесс образования мартенсита завершался полностью.

Диаграмма превращения аустенита

Бейнит является светлой структурой, произрастающей от оболочек зерен аустенита. Он представляет собой небольшую тонкую линию. Данная модификация железа отличается наличием пакетной структуры. В ее состав входят рейки и пластины. На их границах расположены стержнеобразные карбиды. На оболочке аустенитного зерна формируются центры кристаллизации.

Бейнит образуется между данными процессами, когда движущих сил химической реакции не хватает для формирования перлита и мартенсита. Он отличается пластичной формой роста. На двухмерных изображениях пластины имеют игольчатую форму. Выделяют две основных разновидности бейнита:

  1. Гранулярный (зернистый бейнитный феррит): обладает зернистой микроструктурой, где полностью отсутствуют параллельные иглы. Он образуется при медленном охлаждении железа. Углерод полностью вытесняется из бейнитной базы.
  2. Игольчатый троостит: образуется внутри зерен аустенита во время быстрой термомеханической обработки. Он окружен карбидными скоплениями или остаточным аустенитом с оболочкой различной толщины.

Схема образования бейнитаВсе разновидности бейнитных структур нестабильны. Поэтому при их эксплуатации важно контролировать максимальную температуру изделия. Она не должна превышать температуру изотермического распада аустенита.

Существует несколько теорий, объясняющих процедуру преобразования бейнита:

  1. Теория смещения: формирование бейнита осуществляется посредством преобразования сдвига.
  2. Диффузная теория: образование бейнита объясняется процессом диффузии, происходящим во время охлаждения стали.

В науке основной принято считать теорию смещения. Она способна объяснить причины изменения формы и рельефа поверхности структуры бейнита.

Бейнитное превращение

Бейнитное превращение возможно, если температура охлажденного изделия ниже перлитной, но выше мартенситной. По этой причине оно называется промежуточным. Бейнитное превращение происходит при отсутствии диффузии элементов железа. Во время этого процесса активно диффундирует углерод. В итоге осуществляется перераспределения углеродных частиц по участкам аустенита. На отдельных участках наблюдается как недостаток, так и избыток углеродных частиц.

На участках, насыщенных углеродом, могут формироваться атомы карбидов, что обусловлено особенностями изотермической выдержки. После перенасыщения аустенита он превратится в мартенсит. Эти же процессы происходят при отпуске сталей. Также на участках, обогащенных углеродом, могут поменять рельеф на поверхности микрошлифов.

Верхний и нижний бейнит

При закалке бейнитная структура может видоизменяться. Поэтому была создана специальная классификация, учитывающая вид микроструктуры и ее главные свойства. Согласно этой типологии, ученые различают верхний и нижний бейнит.

Верхний бейнит формируется из охлажденного аустенита в диапазоне температур от 500 °C до 350 °C. В его состав входит множество широких частиц феррита, представляющего собой несколько пластин с атомами цементита в форме реек. Их толщина составляет не более 1 мкс, длина – до 10 мкм. Поверхность верхнего бейнита более грубая. Поэтому она обладает высокой прочностью, что обусловлено маленьким размером частиц феррита, искажением кристаллической решетки и повышенными выделениями карбида. Недостатком данной модификации железа является низкая пластичность его микроструктуры.

Нижний бейнит формируется при понижении температуры аустенита до 340-220 °C. Ее структура очень твердая и прочная. Несмотря на это, она сохраняет высокую пластичность. Это обусловлено небольшим размером частиц карбида, содержащихся в ее микроструктуре. Отличительной особенностью нижнего бейнита является игольчатое строение. В нем содержится множество атомов карбида, что обусловлено перенасыщенностью пластинок феррита.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

 

Порекомендуйте эту статью:
Оцените статью:
Очень плохоПлохоСреднеХорошоотлично (голосов: 5, в среднем: 4,40 из 5)
Загрузка...
 
 

Наверх!

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: