Бейнит - структура стали, образующаяся в результате так называемого промежуточного превращения, при изотермической выдержке в интервале температур выше начала мартенситного превращения и ниже "носа" с-кривой стали.
Промежуточным это превращение называют по тому, что оно происходит при некоторой диффузии углерода в аустените (механизм перлитного превращения) и сдвиговом механизме перестройки кристаллической решётки (механизм мартенситного превращения). Соответственно структура содержит перлито- и мартенситоподобные составляющие - трооститные иголки и карбиды. В зависимости от температуры превращения различают верхний бейнит, имеющий не очень высокий комплекс механических свойств, и нижний бейнит с достаточно высокой твердостью, вязкостью и пластичностью. Именно нижний бейнит и представляет особый интерес. При высокой твердости, близкой к мартенситной, он имеет показатели пластичности и вязкости в несколько раз превышающие показатели мартенсита. Так, например, сталь с химическим составом: 0,6%С, ~1%Cr, ~1%Si, термообработанная на мартенсит отпуска и нижний бейнит (температура изотермической выдержки 250ºС), имеет следующие механические свойства:
Структура Нижний бейнит Мартенсит отпуска
HRC 54 - 55 54 - 55
Предел прочности, МПа 1900 1500
Ударная вязкость, кГм/см^2 3 1
Удлинение, % 7 1
Стрела прогиба при
статическом изгибе, мм 5 1.5
Сочетание таких высоких показателей механических свойств просто уникально, но почему-то широкого применения изотермическая закалка на бейнит не нашла. В основном бейнитную структуру получают при изготовлении ударного инструмента и изделий железнодорожного транспорта. Остается непонятным вопрос: почему изотермическая закалка не применяется при изготовлении изделий, которые, например, работают на трение и изгиб - шестерни, сателлиты, звездочки? Традиционные цементация, закалка и низкий отпуск безусловно дают высокую твердость и износостойкость. Но при этом характеристики пластичности остаются на минимуме. Что же мешает увеличить ресурс работы таких изделий, повысив пластичность? Например, если поверхностный слой будет иметь сверху мартенситную износостойкую структуру, а ниже более пластичную - бейнитную. И это все при равных показателях твердости обоих слоев.
Вообще закалка на бейнит могла бы легко заменить термообработку на мартенсит отпуска. Показатели твердости обеих структур примерно одинаковы. А прочность, пластичность и вязкость нижнего бейнита выше, чем у низкоотпущенного мартенсита. Это наводит на мысль, что и предел выносливости металла будет выше. Кроме этого, повышая температуру изотермической выдержки будут снижаться прочностные характеристики металла, что позволяет существенно расширить область применения сталей с бейнитной структурой.
Скорее всего, внедрение технологии изотермической закалки тормозят три проблемы: увеличение количества высокоточного оборудования, увеличение длительности и трудоёмкости технологических процессов (две основных проблемы, т.к. всё выльется в деньги на увеличение капитальных и текущих затрат) и использование вредных закаливающих сред.
Последняя проблема решается при использовании вертикальных печей элеваторного закрытого типа с хорошей вентиляцией закалочного бака. Да и увеличение себестоимости продукции скорее всего окупиться за счет повышения качества и увеличенного ресурса работы изделия. Есть еще одна проблема - контроль качества термообработанных изделий. Дело в том, что нижний бейнит под микроскопом трудно отличить от мартенсита. Да и испытания на механику дают не всегда адекватные результаты. Это и является проявлением тонкой грани между изотермической и непрерывной закалкой. Особенно такая проблема актуальна для крупносерийных производств, где требуется оперативный контроль качества для максимально быстрой передачи продукции на следующий передел. Но и это не является серьезной проблемой, так как все решается по средствам использования современной металлографической и испытательной техники.
Вопрос о получении той или иной структуры металла при термической обработке, необходимо решать в каждом конкретном случае, для каждой детали индивидуально. Но, то, что стали с бейнитной структурой имеют достаточно серьезные показатели механических свойств и успешно могут конкурировать с сорбитными и низкоотпущенными мартенситными сталями, остается неоспоримым фактом.
