Перетворення при нагріванні і охолодженні стали
Процес утворення аустеніту при нагріванні вуглецевої сталі складається з поліморфного перетворення a ® g і розчинення в аустените цементиту.
При нагріванні евтектоїдной сталі з вихідною перлітною структурою вище АС1 відбувається утворення зародків аустеніту на базі фазових флуктуацій на міжфазних поверхнях між ферритом і цементитом. Подальше зростання зародків відбувається за рахунок різної концентрації вуглецю на кордонах «цементит-аустенит» і «феррит - аустеніт», в результаті чого спостерігається дифузний перенесення вуглецю від першої кордону до другої і розчинення цементиту для відновлення рівноваги. Після повного розчинення цементиту аустеніт є неоднорідним і потрібна деяка витримка для досягнення його однорідності (гомогенізації).
Оскільки межа між складовими перліту (ферритом і цементитом) дуже поширена, то перетворення починаються з утворення великої кількості малих зерен. Розмір цих зерен характеризує величину початкового зерна аустеніту (рис. 9).
При підвищенні температури зерна аустеніту починають рости і в залежності від кінетики цього процесу розрізняють два типи сталей: спадково дрібнозернисті і спадково грубозернисті. Перший тип сталей характеризується малою схильністю, а другий - підвищеною схильністю до зростання зерна. Таким чином, спадкова зернистість характеризує схильність аустенітного зерна до зростання.
Спадкова зернистість залежить від наявності нерозчинених в аустените дисперсних карбідів, оксидів і нітридів, які розміщуються по межах зерен і надають бар'єрне дію при зростанні зерна. Це обумовлює вплив розкислення сталі і її хімічного складу. Спокійні стали, розкислення при виплавці алюмінієм, ванадієм, титаном, є спадково дрібнозернистими. Карбідо- і нітрідообразующіе елементи (Cr, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr) затримують ріст зерна аустеніту, причому, чим більш стійкі до розчинення при нагріванні утворюються фази, тим сильніше ефект.
Малюнок 9 - Зростання зерна аустеніту при підвищенні температури для крупнозернистих (К) і дрібнозернистих (М) сталей
Киплячі стали, розкислення при виплавці тільки марганцем, є спадково грубозернистими. З легуючих елементів збільшують схильність до зростання зерна марганець і бор.
Після розчинення бар'єрів, які стримують зростання зерна в спадково дрібнозернистої сталі, воно починає швидко рости. При нагріванні вище 950-1000 ° С розмір зерен в спадково дрібнозернистої сталі може бути навіть більше, ніж в спадково грубозернистої стали при цій температурі.
Зерно аустеніту, отриманого в стали в результаті термічної обробки, називається дійсним і його розмір залежить від температури і тривалості витримки при нагріванні.
На властивості стали впливає тільки дійсний розмір зерна. Спадковий розмір зерна на властивості не впливає. Від величини зерна майже не залежать статичні характеристики (НВ, Sв. S0,2.), Але сильно знижується при його збільшенні ударна в'язкість і підвищується порігхладноломкості.
Перетворення перліту в аустеніт може відбуватися в повній відповідності з діаграмою стану "залізо-цементит" лише за умови дуже повільного нагрівання. В реальних умовах перетворення проходить при температурах вище, ніж А1, і чим швидше відбувається нагрівання, тим інтенсивніше і при більш високій температурі воно відбувається. Процес перетворення перліту в аустеніт прискорюється також при підвищенні вмісту вуглецю в сталі та збільшенні дисперсності ділянок перліту.
Наведені положення стосуються тільки евтектоїдной стали, а доевтектоїдних і заевтектоідние стали матимуть структуру однорідного аустеніту лише при нагріванні вище лінії, відповідно, АС3 і Асm.