Nr Grupy: VI / IM II	Nazwisko i Imię: Przemysław Ziółkowski	Data zajęć: 08.10.2002
Nr Zesp. Lab.: 12	Temat ćwiczeń: Analiza dylatometryczna przemian fazowych	Ocena:
Prowadzący:

Przemiana martenzytyczna

Przemiana martenzytyczna różni się zasadniczo od przemian dyfuzyjnych. Warunkiena wywołującym ją jest chłodzenie stali z szybkością większą od krytycznej, zapewniające praechłodzenie austenitu do temperatur 300—200°C, przy których dyfuzja praktycznie nie zachodzi. Ponadto warunkiem jej przebiegu jest chłodzenie ciągłe, ponieważ przystanęli temperatury hamuje przemianę niemal całkowicie. Przemiana martenzytyczna przebiega w pewnym zakresie temperatur, której początek oznacza się przez M„ a koniec przez M/, Temperatury odpowiadające M, i My nie zależą od szybkości chłodzenia (szybkość krytyczna jest warunkiem pojawienia się przemiany), a tylko od składu stali, ściślej — od składu wyjściowego austenitu.

Przemiana martenzytyczna przebiega przez zarodkowanie (nie wymagające ene aktywacji) i bardzo szybki wzrost, ale procesy te nie zostały dotychczas jednoznaca wyjaśnione. Przyjmuje się, że uprzywilejowanym miejscem heterogenicznego zarodkowi martenzytu są w ziarnach austenitu inflcroobszary koncentracji naprężeń (powstających podczas chłodzenia) w skupieniach dyslokacji. Zarodkowanie dalszych igieł martenzytu wymaga obniżania temperatury dla wytwo­rzenia nowych mikroobszarów z koncentracją naprężeń. Duża szybkość zarodkowania przy odpowiednim przechłodzeniu jest związana z procesem ślizgania się dyslokacji. Marten­zyt ma objętość właściwą większą o ok. 1,5% od austenitu. Toteż W miarę postępu prze­miany pozostały austenit podlega coraz większym naprężeniem ściskającym, które samo­rzutnie hamują przemianę. Po oziębieniu stali pozostaje 4—8% auste­nitu nie podlegającego przemianie, jako austenit szczątkowy, który wykazuje znaczną trwałość.

Przemiana bainityczna

Przemiana bainityczna przebiega przez stadium zarodkowania heterogenicznego i wzrostu, a fazą kierującą jest ferryt. Ponadto duże przechłodzenie ogranicza szybkość dyfuzji w stopniu wpływającym na przebieg przemiany. Uprzywilejo­wanym miejscem zarodkowania ferrytu są granice ziaren austenitu. W wyniku przemiany alotropowej y-a tworzą się cienkie płytki ferrytu, znacznie przesycone węglem, o określonej orientacji względem ziaren austenitu. Granice międzyfazowe austenit-ferryt są wiec sprzężone. Dzięki dyfuzji węgla w otoczeniu płytek ferrytu tworzą się wydzielenia cemen­tytu o kształcie płytek lub kulek. W miarę postępu przemiany płytki ferrytu rosną i powię­ksza się ilość wydzielonego cementytu. Bardzo mała szybkość dyfuzji sprawia, że z ferrytu nie wydziela się cały nadmiar węgla - jego część pozostaje w roztworze. skutkiem czego ferryt pozostaje częściowo przesycony węglem. Ponadto przemiana baini­tyczna, zwłaszcza w niższych temperaturach nie przebiega całkowicie. Nieznaczna ilość przechłodzonego austenitu (2—3%) pozostaje na stałe w strukturze stali jako austenit szczątkowy.

Produktem przemiany jest struktura w zasadzie również płytkowa, stanowiąca miesza­ninę częściowo przesyconego węglem ferrytu i cementytu. Jej dyspersja (twardość) i wygląd również zmieniają się zależnie od temperatury przemiany. Przy mniejszych przechłodzeniach tworzy się bainit górny, czyli pierzasty o wyglądzie ciemnych, pierzastych igieł. Przy większych przechłodzeniach tworzy się bainit dolny, czyli iglasty o wyglądzie nieco jaśniejszych, ostro zarysowanych igieł.

Przemiana bainityczna ma charakter przejściowy: jest dyfuzyjna, ale ma również pewne cechy przemiany martenzytycznej.

Przemiana perlityczna

Przemiana perlityczna przebiega przez zarodkowanie i wzrost nowej fazy, analogicznie jak proces krystalizacji. Rozpoczyna ją pojawienie się w austenicie zarodków krystalizacji cementytu. Uprzywilejowanym miejscem zarodkowania są granice ziaren i nierozpuszczone, drobne cząstki cementytu lub innych faz. Zachodzi więc zarodkowanie heterogeniczne, a fazą kierującą przemianą (rozpoczynającą) jest cementyt. Zarodek cementytu rozrasta się dzięki dyfundującym doń atomom węgla. Austenit w jego otoczeniu ubożeje w węgiel i podlega przemianie alotropowej y-a tworząc ferryt, z którego nadmiar węgla dyfunduje z kolei do otaczającego austenitu, co umożliwia tworzenie się nowych zarodków cementytu. W ten sposób wydzielanie się cementytu powoduje z obu stron tworzenie się ferrytu itd. Powstaje struktura złożona z płytek, których wzrost za­pewnia dyfuzja przebiegająca głównie przed frontem krystalizacji na granicy faz perlit - austenit. W rezultacie z ziarna austenitu powstaje kilka różnie zorientowanych zbiorów równoległych płytek ferrytu i cementytu tworzących ziarno perlitu

Między fazą macierzystą (austenitem) a produktami przemiany (perlitem) nie ma zależ­ności orientacji krystalograficznej. Podczas przemiany granice ziam austenit-periit są niesprzężone. Przemiana periityczna przebiega zawsze do końca, tzn. ustaje po całko­witym wyczerpaniu się austenitu.

Produktem przemiany perlitycznej jest płytkowa mieszanina ferrytu i cementytu o dyspersji powiększającej się ze wzrostem przechłodzenia. Jest to spowodowane rosnącą z przechłodzeniem szybkością zarodkowania cementytu. Przy bardzo małych przechłodzeniach dyspersja struktury jest taka, że poszczególne płytki cementytu i ferrytu są dobrze rozróżnialne podczas obserwacji na mikroskopie świetlnym (np. przemiana w temperaturze 700°C zapewnia grubość płytek rzędu 10 ^-4 cm). Przy dużych przechłodzeniach (tempera­tura przemiany <680°C) dyspersja struktury jest taka, że rozróżnienie poszczególnych płytek ferrytu i cementytu podczas obserwacji na mikroskopie świetlnym na ogół nie jest możliwe, rozróżnienie ich wymaga powiększeń 20 000 - 50 000 x. Z powiększeniem dyspersji zwiększa się twardość struktury. Produkty przemiany powstające w temperaturze powyżej 680°C nazywa się - jak wspomniano - perlitem, a poniżej 680°C - perlitem. drobnym.

Przemiana austenityczna

W warunkach powolnego nagrzewania (w przybliżeniu odpowiadającym chwilowym stanom równowagi) stal eutektoidalna w temperaturze otoczenia o strukturze dwufazowej perlitu podlega w stałej temperaturze A_c1 przemianie. Rozpoczyna ją szybka (enancjomorficzna) przemiana alotropowa żelaza a-y przebiegająca w płytkach ferrytu, z czym związany jest gwałtowny wzrost rozpuszczalności węgla w żelazie z 0,02 do 0,8%. W miarę postępu przemiany alotropowej z płytek ferrytu tworzą się elementy austenitu ubogie w węgiel, w których natychmiast rozpuszczają się sąsiednie płytki cementytu, nasycając austenit do zawartości eutektoidalnej. W ten sposób ziarna perlitu przemieniają się w ziarna austenitu.

W stali przedeutektoidalnej, o zawartości np. 0,4 % C, w temperaturze otoczenia, o struk­turze ferrytyczno-perlitycznej, po nagrzaniu do A_c1 perlit w opisany sposób przemienia się w austenit. W; rezultacie natychmiast po przekroczeniu A_c1 stal ma strukturę ferrytyczno-austenityczną. Dalszemu nagrzewaniu towarzyszy przemiana alotropowa a-y zachodząca stopniowo w ziarnach ferrytu, prowadząc do powstawania ziarna austenitu ubogich w węgiel. Sąsiedztwo utworzonych wcześniej ziam austenitu o eutektoidalnej zawartości węgla, pro­wadzi w wyniku dyfuzji do ujednorodnienia austenitu. Stosując prawo dźwigni, dla tem­peratury ponad Aci można określić zawartość węgla w austenicie. Proces trwa aż do punktu A_c3, w którym stal osiąga jednofazową strukturę austenityczną o zawartości 0,4 % C.

W stali zaeutektoidalnej, o zawartości np. 1,2% C, w temperaturze otoczenia, o strub-turze perlityczno-cementytowej, po nagrzaniu do A_c1, perlit w opisany sposób przemienia się w austenit. Natychmiast po przekroczeniu tej temperatury stal ma strukturę austeni-tyczno-cementytową. Dalszemu nagrzewaniu towarzyszy stopniowe rozpuszczanie się cementytu, co powoduje stopniowe wzbogacanie austenitu w węgiel. Według prawa dźwigni, w temperaturze ponad A_c1 można określić zawartość węgla w austenicie. Proces trwa aż do punktu Ac cm (nasycenia roztworu), w której stal osiąga jednofazową strukturę austenityczną o zawartości 1,2% C.

---