Перлитное превращение

Перлитное превращение аустенита происходит при фазовом превращении гамма-железа – аустенита в альфа-железо – феррит. Однако превращение гранецентрированной решетки аустенита в объемноцентрированную решетку феррита не может произойти немедленно из-за присутствия в аустените растворенного углерода. Аустенитная атомная решетка имеет достаточно места для чтобы принять углерод в центре своей атомной ячейки. У объемноцентрированной решетки феррита такого места нет – там уже «сидит» атом железа. По этой причине при переходе аустенита в феррит растворимость углерода в железе резко снижается.

Механизмы перлитного превращения  

В ходе превращения гамма-железа в альфа-железо почти весь углерод выделяется из аустенитной решетки. Согласно метастабильной диаграмме состояния железо-углерод почти весь углерод при этом выделяется в виде карбида железа (цементита). Это перлитное превращение аустенита может быть расписано в виде трех взаимосвязанных процессов:

• Превращение гамма-решетки железа в альфа-решетку.
• Выделение углерода в виде карбида железа (цементита).
• Коагуляция карбидов.

При температуре точки А₁ первые два процесса проходят почти одновременно с формированием пластинчатой смеси феррита и цементита.

Перлитное превращение аустенита как диффузионная кристаллизация

Атомы растворенного углерода размещаются по решетке случайным образом. Поэтому цементит зарождается в областях богатых углеродом, а феррит – в областях обедненных углеродом, которые имеют мало углерода или не имеют его совсем. Такое перераспределение углерода реализуется через диффузию и зависит от температуры и времени.

Скорость диффузии углерода в решетке гамма- и альфа-железа очень быстро снижается с уменьшением температуры. Поэтому при достаточно высокой скорости охлаждения достигается такая степень переохлаждения аустенита, что образование перлита – сугубо диффузионного процесса – становится невозможным. 

Три типа превращения аустенита

При относительно низких температурах механизм превращения и характер формируемой структуры зависят только от температуры, при которой это превращение происходит. В зависимости от степени переохлаждения выделяют три температурных интервала:

• перлитный интервал;
• промежуточный интервал;
• мартенситный интервал.

Переход от одного механизма превращения аустенита к другому происходит плавно и непрерывно. Эти процессы сильно зависят от содержания легирующих элементов, особенно углерода. Они могут начинаться по самому быстрому механизму, а заканчиваться самым медленным.

Для перлитного превращения характерно одновременное формирование смеси чередующихся пластин феррита и цементита – перлитной структуры. При этом по границам аустенитных зерен может выделяться свободный феррит и цементит. Формирование и рост обеих фаз контролируются в основном диффузией углерода – поэтому этот процесс называют  диффузионной кристаллизацией. Диффузия железа и легирующих элементов также играют значительную роль. Со снижением температуры происходит увеличение дисперсности структуры, а время, необходимое для завершения  диффузионной кристаллизации феррита и карбида увеличивается.