Превращения в сталях при нагреве до аустенитного состояния

В зависимости от условий нагрева можно получить зерно аустенита различного размера. От размера зерна аустенита в большой мере зависят свойства продуктов превращения.

Продукты превращения мелкозернистого аустенита, как равновесные, так и метастабильные, имеют более высокие пластичность и вязкость, и меньшую чувствительность к концентраторам напряжений, чем соответствующие продукты превращения крупнозернистого аустенита.

Зарождение кристаллов при распаде аустенита происходит преимущественно на границах зерен, поэтому, чем мельче зерно аустенита, тем больше возникает зародышей и тем мельче будут вновь образующиеся зерна.

Рассмотрим превращения, происходящие при нагреве в сталях с различной исходной равновесной структурой: феррит и перлит в доэвтектоидных сталях, перлит в эвтектоидной стали, перлит со вторичным цементитом а заэвтектоидных сталях.

При промышленных скоростях нагрева при отжиге или закалке перлит вплоть до температуры Ас1 сохраняет пластинчатое строение.

При достижении температуры Ас1 в сталях начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы аустенита зарождаются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом (рис. 7.1). превращение состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного α  γ превращения и растворения в Feγ углерода цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому по завершении его аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется определенное время.

Поскольку в каждой перлитной колонии зарождается несколько центров кристаллизации аустенита (см. рис. 7.1), превращение при температуре Ас1 сопровождается измельчением зерна стали. Это очень важная особенность фазовой перекристаллизации широко используется в практике термической обработки стали – отжиге, закалке и других видах обработки, связанных с нагревом стали до аустенитного состояния.

Число зарождающихся при температуре АС1 кристаллов аустенита возрастает с увеличением дисперсности перлита и скорости нагрева. При высокоскоростном нагреве, например при нагреве ТВЧ, можно получить чрезвычайно мелкие зерна аустенита.

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после завершения превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сталях после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточные структурные составляющие – феррит и цементит соответственно.

В доэвтектоидных сталях при нагреве от АС1 до АС3 происходит превращение избыточного феррита в аустенит, а в заэвтектоидных сталях при нагреве от АС1 до АС cm – растворение продуктов распада избыточного цементита в аустените. Оба процесса сопровождаются диффузией углерода, приводящей к выравниванию концентрации и небольшому укрупнению зерен аустенита.

Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области приводит к дальнейшему росту зерен аустенита – происходит процесс собирательной рекристаллизации.

Скорость роста аустенитных зерен при перегреве выше температур АС3 и АС cm неодинакова у разных сталей; она в большей мере зависит от способа раскисления стали и от наличия некоторых легирующих элементов.

В зависимости от скорости роста аустенитных зерен различают стали природно-крупнозернистые и природно-мелкозернистые.

Природно-крупнозернистыми называют стали, в которых по мере превышения температуры выше АС3 или АС cm кристаллы аустенита быстро укрупняются. Это стали, раскислявшиеся в процессе выплавки ферросилицием и ферромарганцем.

Природно-мелкозернистыми называют стали, в которых при нагреве до 1000 – 1100ºС кристаллы аустенита растут с малой скоростью. К таковым относятся стали, дополнительно раскислявшиеся алюминием, а также легированные стали, содержащие карбидообразующие элементы, особенно титан и ванадий. Предполагают, что тормозящее влияние на рост зерен оказывают частицы нитрида алюминия, которые, располагаясь по границам зерен, механически препятствуют собирательной рекристаллизации. При температуре, большей 1000 – 1100ºС, нитрид алюминия распадается, препятствия для роста исчезают.

Подобный механизм действия приписывается также карбидам титана и ванадия. Из карбидообразующих элементов лишь марганец не только не уменьшает, а даже несколько увеличивает скорость роста аустенитного зерна.

Природную зернистость сталей оценивают номерами (баллами) специально разработанной шкалы зернистости (ГОСТ 5639-82).

Стали, имеющие грубую крупнозернистую структуру вследствие высокотемпературного нагрева, называют перегретыми. Перегрев исправляют повторным нагревом (аустенизация) до более низкой температуры.

Дата: 2019-02-18, просмотров: 874.