Przemiana przy chłodzeniu stali

Dyfuzyjna przemiana austenitu- zwana jest drugą przemianą podstawową. Po chłodzeniu austenitu poniżej Ar1, powstaje różnica energii swobodniej która jest siła napędową tej przezmiany. W zależności od zakresu temperatur w których ona występuje ma różny przebieg, występuja tez różnice morfologiczne powstającej struktury. W zakresie powyżej temperatury maksymalnego zarodkowania istnieje zakres przemiany perlitycznej, poniżej- zakres przemiany bainitycznej. Temperatura graniczna oddzielająca te zakresy odpowiada przechłodzeniu ok. 200ºC poniżej A1.

Najłatwiej można zrozumieć istote przemiany dyfuzyjnej austenitu, rozpatrując ja w warunkach izotermicznych. Załóżmy że cienką próbkę ze stali eutektoidalnej poddajemy austenityzowaniu, a następnie zanurzamy ja w kąpieli chłodzącej o stałej temperaturze- poniżej A1, ale w zakresie perlitycznym. Podobny charakter ma przemiana austenitu w zakresie bainitycznym . Cecha przemiany bainitycznej jest to że zachodzi ona do końca, tzn. do całkowitego wyczerpania austenitu.

Każda stal ma charakterystyczny dla niej wykres CTPi, wazny w obróbce cieplnej, gdyż na jego podstawie można przewidywać skłonność austenitu do przemiany dyfuzyjnej i konieczna szybkość chłodzenia do jej zahartowania, jak również strukturę, jaka powstanie po przemianie w określonej temperaturze. Wykresy CTPi można sporządzić różnymi metodami. Najprostsze są metody: metalograficzna i twardości. Wykresy CTPi są rzeczywistym odbiciem przemian zachodzących w stalach przy chłodzeniu ciągłym, dlatego że okres przebywania austenitu w niższej temperaturze nie jest równoważny jego okresowi przebywania w wyższej temperaturze. Ponieważ jednak wiele istotnych procesów obróbki cieplej jest związane z chłodzeniem ciągłym stali, zaczęto opracowywać również wykresy CTPc. Wykresy takie sporządza się najczęściej metodą dylatometryczną stosując odpowiednio zaprogramowane różne przebiegi chłodzenia. Wykresy CTPc opracowano dla najczęściej stosowanych stali i zamieszczono w kartach materiałowych i poradnikach obróbki cieplnej poradnikach obróbki cieplnej.

Przemiana perlityczna- jest dyfuzyjna, co oznacza że do jej rozpoczęcia i przebiegu konieczne jest przegrupowanie atomów węgla i żelaza drogą dyfuzji. Po chłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ar1 zaczynają powstawać zarodki perlitu na drodze heterogenicznej. Zarodkami mogą być nie rozpuszczane całkowicie cząstki cementytu lub drobne wydzielenia ferrytu, które powstają na granicach ziarn austenitu. Prędkość przemiany perlitycznej zależy od szybkości zarodkowania koloni perlitycznej. W warunkach izotermicznych szybkość wzrostu kolonii perlitu jest stała i również odległości między płytkami są stałe- nie zależą od struktury austenitu. W miarę obniżania temperatury, odległości między płytkami w perlicie zmniejszają się, co z jednej strony jest spowodowane obniżeniem szybkości dyfuzji a z drugiej większym zasobem energii swobodnej przy zwiększonym przechłodzeniu. Pozwala to na utworzenie granicy międzyfazowych o większej powierzchni.

Przemiana bainityczna- zachodzi w stalach węglowych poniżej temperatury najmniejszej trwałości austenitu. Jest również nazywana przemianą pośrednią. Przyjmuje się że zaczyna się od utworzenia zarodków ferrytu, które powstają na granicach ziarn austenitu wskutek fluktuacji stężenia węgla. Z ferrytu tego wydzielają się bardzo drobne cząstki węglików. Przemiana bainityczna zaczyna się po chłodzeniu austenitu do pewnej określonej temperatury. Upodabnia ja to do przemiany martenzytycznej. Od przemiany martenzytycznej różni się tylko tym że wzrost płytek bainitu jest powolny i ciągły, co świadczy o dyfuzyjnym charakterze przemiany. Cechy morfologiczne bainitu różnią się od perlitu. Bainit górny jest pierzasty, dolny iglasty. W bainicie górnym wydzielenia węglików są grubsze i zorientowane przeważnie równolegle do osi płytek ferrytu. W bainicie dolnym węgliki są drobniejsze i i układają się w poprzeczne pasma pod kątem 55º do osi płytek. Twardość bainitu jest większa od perlitu, a mniejsza od martenzytu.

Przemiana martenzytyczna- występuje w stopach ale tylko martenzyt węglowy w stali cechuje się wysoką twardością. Martenzytem nazywamy przesycony roztwor stały węgla w żelazie α, który jest produktem przemiany bezdyfuzyjnej. W układzie Fe-C przemiana martenzytyczna przebiega tylko jednokierunkowo, podczas gdy w innych stopach jest odwracalna. Siła napędowa przemiany martenzytycznej jest różnica energii swobodnej między austenitem i martenzytem, ale warunkiem powstania martenzytu jest chłodzenie austenitu z taka szybkością aby nie ulegała ona wcześniejszej przemianie w perlit lub bainit. Drugim warunkiem rozpoczęcia się przemiany martenzytycznej jest ochlodzenie austenitu poniżej określonej temperatury zwanej temperatura początku przemiany martenzytycznej. Jest ona stała dla konkretnej stali i nie zależy od zastosowanej szybkości chłodzenia. Warunkiem dalszego przebiegu przemiany martenzytycznej jest obniżenie temperatury . Po przekroczeniu temperatury końca przemiany dalsza przemiana nie zachodzi, pomimo że pozostaje jeszcze pewna ilość austenitu. Austenit ten nosi nazwę szczątkowego.