Наличие в объеме т-фазы участков, флуктуационно обедненных углеродом, предопределяет возможность возникновения феррит-ной фазы при охлаждении аустенита. В зависимости от температуры аустенитизации, а следовательно, от размера исходного зерна аустенита при его охлаждении возникают различные разновидности феррита. При медленном охлаждении аустенит распадается с образованием полиэдрического феррита, а при быстром охлаждении — игольчатого феррита. Местом зарождения полиэдрического феррита являются преимущественно границы исходного аустенитного зерна.

По данным работы [35], малые добавки бора (до 0,05 %) снижают скорость выделения структурно-свободного феррита. Этот эффект в наибольшей степени проявляется при дополнительном легировании сталей марганцем. Отмеченное объясняется тем, что бор снижает коэффициент пограничной самодиффузии железа и поэтому увеличивает длительность образования зародышей полиэдрического феррита. Например, при 500 °С коэффициент пограничной самодиффузии железа в у-фазе в стали без бора равен 10-» см2/с, а в стали с 0,03 % В — 10"11 сма/с.

В отличие от этого нормального механизма образования феррита крупнозернистый аустенит сталей, содержащих 0,08— 0,4 % С, при относительно быстром охлаждении распадается с образованием видманштеттового феррита, имеющего четко выраженную крупноигольчатую структуру. Для видманштеттового феррита, который наиболее часто встречается в сварных соединениях низкоуглеродистых сталей, выполненных ЭШС, характерны повышенная плотность дислокаций и отсутствие карбидных включений в кристаллах.

Появление в структуре видманштеттового феррита определяется малой удельной поверхностью границ зерен и повышенной химической однородностью аустенита при относительно низком содержании углерода. Рядом работ установлено, что механизм образования такого феррита совпадает с механизмом образования мартенсита, о чем свидетельствуют появление характерного микрорельефа на поверхности шлифа и рост кристаллов в пределах одного зерна аустенита.

Скорость роста ферритного зерна лимитируется скоростью диффузионного перераспределения углерода и соответствует 0,02—0,08 мкм/с. По данным работ [35, 41 ], скорость роста видманштеттового феррита составляет 1—10 мкм/с.

С повышением содержания углерода в сталях от 0,10 до 0,4 % температура начала образования видманштеттового феррита снижается более чем на 100 °С (с 690 до 810 °С), при этом возрастает объем ферритной фазы в конечной структуре.

Легирование сталей кремнием и марганцем (до 2 %) снижает скорость роста видманштеттового феррита примерно в 10 раз, так как при этом рост кристаллов видманштеттового феррита лимитируется процессом диффузионного перераспределения углерода. 78

Схожесть механизмов образования видманштеттового феррита в мартенсита подтверждается высокой плотностью дислокаций в кристаллах видманштеттового феррита.

Выделение структурно-свободного феррита предшествует перлитному превращению аустенита. При дальнейшем охлаждении . аустенита образуется ферритно-цементитная смесь — перлит, линия А -*■ П (см. рис. 5.2, а). Составляющие этой смеси имеют пластинчатую форму. С увеличением интенсивности охлаждения (уменьшением длительности т800_Б00) содержание перлита в структуре сначала увеличивается до максимального значения, а затем уменьшается.

Зародыши цементита появляются в обогащенных углеродом участках у-фазы, на границах бывшего зерна аустенита, на нераст-ворившихся карбидных частицах. Важнейшими характеристиками перлитной структуры являются межпластиночное расстояние и размеры колоний.

По мере снижения температурного интервала превращения условно принято различать перлит (межпластиночное расстояние 0,5—0,7 мкм), сорбит (межпластиночное расстояние 0,3—■ 0,4 мкм) и троостит (межпластиночное расстояние 0,1—0,2 мкм).

Размер перлитных колоний зависит от соотношения линейных скоростей роста и скорости зарождения центров перлита. Дисперсность перлитных колоний определяют два процесса — рост зерна аустенита и повышение степени его гомогенизации. При этом, с одной стороны, уменьшается число центров зарождения перлитных колоний, а с другой — укрупняются перлитные колонии. Одновременно уменьшается межпластиночное расстояние, так как гомогенное и крупное зерно аустенита способно к большему переохлаждению. Этот процесс ограничивают легирующие элементы, оказывая замедляющее влияние на диффузию углерода.

Замедление перлитного превращения в сталях при их легировании карбидообразующими элементами связано с процессами образования специальных карбидов и необходимостью диффузионного перераспределения в аустените легирующих элементов в процессе охлаждения. Поскольку скорость протекания перлитного превращения определяется процессами диффузии углерода, то легирование сталей карбидообразующими элементами повышает энергию активации диффузии углерода, существенно замедляет, а в ряде случаев и подавляет перлитное превращение.

По данным работы [41 ], скорость роста перлита в стали с 0,5 % Мо составляет примерно 0,02 мкм/с. Легирование сталей такими элементами, как Сг, Мо, Ш, V, Т1, №, Ъх, способствует повышению устойчивости аустенита в перлитной области, уменьшает скорость зарождения и скорость роста перлитной фазы. С этой точки зрения особенно велика роль таких элементов, как Сг, №, Мо, Ш, и их сочетаний, существенно повышающих энергию активации образования перлита в результате сильного межатомного взаимодействия [35].