Образование цементита

Образование цементита Fe3C со структурой, одинаковой или близкой к структуре цементита отожженной стали, происходит при температурах выше 250 °С, причем наиболее активно в интервале 300 — 400 °С.

Цементит Fe3C — более стабильная фаза, обладающая меньшей объемной («химической») свободной энергией, чем любой из промежуточных карбидов. Кроме того, при повышении температуры отпуска снижение концентрации углерода в распадающемся α-растворе так изменяет межплоскостные расстояния, что решетка α-фазы лучше сопрягается уже не с решеткой ε-карбида (или карбида), а с решеткой цементита.

Таким образом, при более высоких температурах отпуска выигрыш в объемной и поверхностной свободной энергии делает предпочтительными зарождение и рост цементита Fe3C, а не промежуточных карбидов.

Установлены два механизма зарождения цементита. Во-первых, цементит выделяется прямо из пересыщенного α-раствора, причем рост частиц Fe3C сопровождается растворением выделений ранее образовавшегося менее стабильного карбида (смотрите Образование промежуточных метастабильных фаз).

Во-вторых, цементит образуется перестройкой решетки промежуточного карбида в решетку Fe3C (в пределах объема частиц промежуточного карбида). Имеются экспериментальные данные, которые можно трактовать как доказательство аллотропического превращения ε-карбида, «низкотемпературного» цементита и карбида в «высокотемпературный» цементит Fe3C.

Коагуляция и сфероидизация цементита
— завершающая стадия процессов карбидообразования при отпуске. При сравнительно низких температурах цементит растет в виде дисперсных пластин, полукогерентных матрице. Размер цементитных пластин различен. Концентрация углерода в α-растворе около относительно мелких частиц выше, чем около более крупных (смотрите формулу).

Эта разность концентраций обеспечивает диффузию углерода в α-растворе от более мелких цементитных частиц к более крупным. В результате выравнивающей диффузии α-раствор становится ненасыщенным около мелких частиц и пересыщенным около крупных. Более мелкие цементитные частицы растворяются, а более крупные подрастают.

То, что крупные частицы растут за счет растворения мелких, наглядно подтверждается частотными кривыми распределения цементитных частиц по размерам при изотермическом отпуске: по мере коагуляции уменьшается число частиц малого размера.


Распределение цементитных частиц

Распределение цементитных частиц

Распределение цементитных частиц по размерам при отпуске стали
с 0,4% С при 630 °С (С. 3. Бокштейн). Выдержка:
1 — 10 мин; 2 — 4 ч; 3 — 25 ч.


Цементит выделяется из α-раствора на крупных частицах вдали от их вершин и ребер, и форма крупной частицы приближается к сферической. Таким образом переносом вещества через раствор осуществляются коагуляция и сфероидизация цементита при отпуске стали. Ниже 350 °С эти процессы развиты очень слабо. По настоящему интенсивная коагуляция и сфероидизация начинаются с 350 — 400 °С.

Выше 550 °С частицы цементита становятся сферическими. При изотермической выдержке коагуляция цементита интенсивно развивается в течение короткого времени (первого часа) и затем затухает. Средний размер цементитных частиц растет с повышением температуры отпуска.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

x
Для удобства пользования сайтом используются Cookies.
This website uses Cookies to ensure you get the best experience on our website. Ознакомлен(а) / OK