ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Образование аустенита при нагревании из "Теория термической обработки металлов " Перед отжигом углеродистых сталей исходной структурой чаще всего является феррито-карбидная смесь. Из диаграммы состояния Ре —С (рис. 85) видно, что основное превращение при нагревании — это переход перлита в аустенит при температурах выше точки Л1 (727°С). [c.151] Переход перлита в аустенит, его кинетика подчиняются основным закономерностям фазовых превращений, протекающих при нагревании. [c.151] Большинство гипотез зарождения аустенита исходит из флук-туационных представлений, причем формально рассматриваются два крайних случая. Во-первых, можно представить, что базой для зарождения аустенита являются флуктуации концентрации. Внутри феррита вероятность образования значительного числа флуктуационных участков критического размера ничтожна, так как атомов углерода здесь очень мало. На границе феррита с цементитом между фазами идет непрерывный обмен атомами (динамическое равновесие) и в приграничном слое феррита намного больше вероятность флуктуационного возникновения участков критического размера с концентрацией около 0,8% С. Такие участки при любом самом малом перегреве выше точки А претерпевают полиморфное а— у-превращение твердого раствора и становятся устойчивыми центрами роста аустенитных зерен. Ниже точки Л] подобные участки в феррите также могут возникать, но в устойчивые центры роста аустенита они не превраш.аются, так как щетка здесь термодинамически нестабильна. [c.152] Другое предположение состоит в том, что при зарождении аустенита первичны не флуктуации концентрации, а флуктуацион-ная перестройка решетки. Внутри феррита участки с урешеткой флуктуационного происхождения возникают и исчезают, а на границе с цементитом при температурах выше Л) в эти участки поступает углерод из карбида и если они имеют критический размер, то становятся устойчивыми центрами роста аустенита. [c.153] Возникновению аустенита на межфазной границе Ф/Ц способствует также уменьшенный здесь размер критического зародыша новой фазы (см. 20). [c.153] Скорость перемещения межфазной границы при росте одной фазы за счет другой обратно пропорциональна скачку концентраций на границе (на величину этого скачка должна измениться концентрация элемента в приращенном объеме). Так как скачок концентраций на границе А/Ф примерно на порядок меньше, чем на границе А/Ц (оа ЬК), то скорость роста аустенитного зерна в сторону феррита намного больше, чем в сторону цементита. В результате к моменту исчезновения ферритных промежутков перлита всегда остается неполностью растворившийся цементит. Собственно перлито-аустенитное превращение заканчивается с исчезновением ферритных промежутков. Затем продолжается растворение остатков цементита. По окончании его растворения аустенит неоднороден по концентрации углерода. В тех местах, где ранее находился цементит, концентрация углерода в гамма-растворе повышена. Для выравнивания состава аустенита требуется дополнительное время после окончания фазового превращения. [c.154] Кинетика образования аустенита изображается диаграммой изотермических превращений (рис. 87), аналогичной диаграмме на рис. 83. Отличие состоит в том, что, как показывают опыты, перлито-аустенитное превращение начинается сразу же после перехода через температуру равновесия фаз, т. е. линия начала превращения практически сливается с горизонталью при температуре трехфазного равновесия (727°С). Это связано с легкостью зарождения аустенита на феррито-карбидной границе при а— перестройке, рассмотренной выше. Здесь нет противоречий с общей теорией фазовых переходов, так как принципиально фазовое превращение может развиваться при любой малой степени перегрева выше температуры равновесия. Известный пример практически нулевой степени перегрева при фазовом превращении — плавление кристаллов. [c.155] При непрерывном нагревании температуры окончания образования аустенита и его гомогенизации повышаются с ростом скорости нагревания (см. точки пересечения кривых нагревания и г 2 с линиями диаграммы на рис. 87 V V2). Для получения количественных данных при непрерывном нагревании необходимо строить соответствующую термокинетическую диаграмму. [c.155] С увеличением дисперсности исходной структуры время окончания всех этапов аустенитизации уменьшается. Этому способствует не только уменьшение путей, которые должны пройти границы растущих аустенитных зерен, но и увеличение градиента концентраций углерода в аустените, так как та же максимальная разность концентраций, например Сь — Са, приходится на меньшую длину. [c.155] В углеродистых сталях образование и гомогенизация аусте-кита протекают довольно быстро. При печном нагреве время выдержки больше времени окончания гомогенизации аустенита, которое при обычных температурах нагрева составляет максимум несколько минут (включая все процессы аустенитизации). [c.155] Гомогенизация аустенита идет гораздо дольше в легированных сталях. Легирующие элементы неравномерно распределены между ферритом и карбидом. Некарбидообразующие элементы находятся в феррите, а карбидообразующие — преимущественно в карбиде. По окончании перлито-аустенитного превращения аустенит неоднороден. В участках аустенита, соответствующих исчезнувшим частицам феррита и карбида, различна не только концентрация углерода, но и концентрация легирующих элементов. [c.156] Скорость диффузии большинства легирующих элементов на несколько порядков меньше скорости диффузии углерода. Поэтому после окончания перлито-аустенитного превращения аустенит довольно долго остается химически неоднородным, причем разностью концентраций легирующего элемента поддерживается и разность концентраций по углероду. [c.156] Рассмотренные процессы аустенитизации играют важную роль при скоростном индукционном нагреве, когда время пребывания стали в области температур аустенитизации очень мало. [c.156] На сильно развитой феррито-карбидной поверхности раздела образуется большое число центров аустенита, и к концу превращения аустенитное зерно получается мелким. Чем дисперснее исходная структура, тем мельче аустенитное зерно. [c.156] С повышением температуры с. з. ц. аустенита возрастает более интенсивно, чем л. с. р., и соответственно аустенитное зерно в момент окончания аустенитизации получается мельче. Следовательно, при быстром нагреве до высоких температур и коротких выдержках можно получать мелкое аустенитное зерно, что важно для термообработки со скоростным нагревом. [c.156] По окончании аустенитизации зерна аустенита способны к росту, движущей силой которого является неуравновешенность поверхностного натяжения на границах и в стыках зерен. С повышением температуры рост зерна аустенита ускоряется. Зерно может расти равномерно, как при собирательной рекристаллизации, но может наблюдаться и неравномерный рост, когда небольшое число Крупных зерен аустенита растет за счет множества мелких, пока они не исчезнут. Этот процесс по существу является вторичной рекристаллизацией (см. 11). Мелкие зерна аустенита стабилизированы против роста дисперсными частицами, в частности нитрида алюминия. [c.156] Первичная рекристаллизация аустенита представляет большой практический интерес, если исходная структура стали кристаллографически упорядочена, как в случае видманштеттовой структуры (см. 24) и особенно мартенсита или бейнита (см. гл. IX). Из-за подкалки на воздухе при литье, сварке и горячей обработке давлением в легированных сталях образуется мартенсит или бейнит. При отжиге в таких случаях можно встретиться со структурной наследственностью аустенит получается ориентаци-онно связанным с исходной структурой и если исходное зерно было крупным, то и вновь образующееся аустенитное зерно также получается крупным. Но из-за фазового наклепа аустенит имеет повышенную плотность дефектов решетки и обладает термодинамическим стимулом к первичной рекристаллизации, которая идет из многих центров, измельчает зерна аустенита и нарушает его ориентационные связи с исходной структурой. [c.157] В 1868 г. Д. К. Чернов установил, что для исправления крупно-зернистости стали, определяемой по излому, необходим нагрев выше точки Ь. Обычно точку Ь Чернова отождествляют с критической точкой Лсз. Однако из работ В. Д. Садовского следует, что знаменитая точка Ь, всегда соответствующая температуре перекристаллизации, исправлению крупнозернистости, в зависимости от состава и исходной структуры стали может совпадать с Лсз, а может находиться значительно, иногда на 200°С, выше Лсз. В последнем случае точка Ь соответствует температуре начала первичной рекристаллизации аустенита, а сама рекристаллизация, конечно, является следствием а упревращения. [c.157] Размер аустенитного зерна — важнейшая структурная характеристика нагретой стали. От размера зерна аустенита зависят поведение стали в различных процессах термической и механической обработки и механические свойства изделия. Особенно чувствительна к размеру аустенитного зерна ударная вязкость, которая падает с укрупнением зерна. Ударная вязкость мелкозернистой стали может в несколько раз превышать ударную вязкость крупнозернистой стали той же марки, причем твердость в обоих случаях может быть одинакова. [c.157] Не всегда необходимо стремиться к получению мелкого зерна. Например, с укрупнением аустенитного зерна улучшается обрабатываемость резанием и уменьшается сопротивление деформации прп холодной высадке деталей. [c.157] Вернуться к основной статье