Превращение перлита в аустенит при нагреве до-, за- и эвтектоидной сталей
Согласно левой нижней части диаграммы Fe – цементит при нагреве доэвтектоидной стали(исходная структура феррит + перлит) и при переходе через критическую точку Ас1 перлит превращается в аустенит, т.е. образуется структура феррит + аустенит. При дальнейшем повышении температуры феррит постепенно превращается в аустенит и при достижении температуры, соответствующей критической точке Ас3 (линия GS) структура стали состоит из одного аустенита.
При нагреве заэвтектоидной стали (исходная структура перлит + цементит) происходят аналогичные превращения с той лишь разницей, что избыточной фазой в данном случае является не феррит, а цементит, который полностью растворяется в аустените при достижении температуры критической точки Асм (линия SE). Для эвтектоидной стали (исходная структура перлит) превращение (образование аустенита) заканчивается при температуре критической точки Ас1(при температуре 727°С).
В действительности превращение перлита в аустенит (и обратное превращение аустенита в перлит) не может происходить при температуре 727°С, т.к. при этой равновесной температуре свободная энергия перлита равна свободной энергии аустенита. Поэтому для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть выше 727°С, т.е. должен быть перегрев, так же как для превращения аустенита в перлит должно быть переохлаждение.
Процесс превращения перлита эвтектоидной стали в аустенит при нагреве происходит следующим образом: Исходное состояние стали представляет смесь фаз феррита и цементита. При переходе через критическую точку Ас1 на границе ферритной и цементитной фаз начинается образование мелких зёрен аустенита, в которых растворяется цементит. Затем образовавшиеся зёрна растут, зарождаются более мелкие зёрна аустенита и продолжается растворение цементита. Процесс заканчивается заполнением объёма бывшего перлитного зерна зёрнами аустенита.
Рис.1.1 – Схема образования аустенитных зерен
Таким образом, превращение перлита в аустенит является процессом кристаллизационного типа и носит диффузионный характер, т.к. сопровождается перемещением атомов углерода на расстояния больше межатомных.
Рост зерна аустенита: начальное и действительное зерно аустенита, наследственная зернистость, влияние температуры на рост зерна
Образующиеся при нагреве выше критической точки Ас1 зёрна аустенита получаются мелкими и называются начальными зёрнами аустенита (рис. 2.1).
Рис. 2.1 – Влияние температуры на рост зерна аустенита
При повышении температуры происходит рост зёрен. Но склонность к росту зёрен с повышением температуры у сталей различная. Стали, раскисленнные в процессе выплавки только Si и марганцем, обладают повышенной склонностью к росту зерна с повышением температуры. Такие стали называются наследственно-крупнозернистыми.
Стали, раскисленные дополнительно алюминием, мало склонны к росту зерна при нагреве до высоких температур (1000-1050°С) и их называют наследственно мелкозернистыми. Под наследственной зернистостью подразумевается склонность аустенитного зерна к увеличению размеров при повышении температуры. Действительное зерно аустенита получается в результате той или иной операции термической обработки. От размера действительного зерна зависят механические свойства стали (вязкость, которая понижается с увеличением размера зерна.) Размер наследственного зерна оказывает влияние на технологические свойства стали. Для определения размера зерна используются различные методы. Структуру рассматривают в микроскопе при ×100 и видимые зёрна сравнивают с эталонами.
Распад аустенита