Превращение перлита в аустенит при нагреве стали. Наследственность зерна

До 727^o С зерно перлита не меняет своего размера, так как на диаграмме "железо-углерод" нет никаких превращений (рис. 8.1.). При 727°С перлит переходит в аустенит и зерно стали измельчается (рис. 8.2).

Зародыши аустенита образуются на границе раздела пластин феррита и Fe₃C в перлите.

Рис. 8.1. Влияние температуры нагрева на величину зерна наследственно крупнозернистой (НКЗСт) и мелкозернистой (НМЗСт) эвтектоидной стали

Количество зародышей аустенита тем больше, чем больше степень перегрева (то есть чем больше скорость нагрева), чем больше углерода, а следовательно, и перлита в стали и чем диссперснее перлит, то есть чем тоньше пластинки феррита и цементита в перлите.

Рис. 8.2. Схема образования зародешей аустенита на границе раздела пластин феррита и цементита в перлите

Образовавшиеся зародыши аустенита растут за счет превращения феррита в аустенит, которое идет как аллотропическое превращение очень быстро, бездиффузионно, а также за счет растворения Fe₃C в образовавшемся аустените, которое идет медленно, то есть диффузионно, и поэтому для этого требуется время, то есть выдержка. После полного превращения феррита в аустенит цементит еще сохраняется и для его растворения требуется либо повышение температуры, либо увеличение времени.

В том месте, где был цементит, аустенит обогащен углеродом, и для выравнивания углерода по всему сечению зерна требуется либо повышение температуры, либо увеличения времени.

В результате из одного зерна перлита образуется множество более мелких зерен аустенита (см. пунктирные границы зерен аустенита на рис. 8.2).

Следовательно, зерно в стали измельчается только при нагреве в момент перехода перлита в аустенит при 727 С. Последующая скорость охлаждения на величину зерна не влияет.

Начальное зерно аустенита- это зерно аустенита в момент окончания превращения перлита в аустенит, и оно всегда мелкое. При дальнейшем нагреве оно самопроизвольно растет. Различают наследственно крупнозернистые и мелкозернистые стали (см. рис. 8.1). Это связано с характером раскисления стали. Если стали раскислены Мn и Si (углеродистая сталь), то это НКЗСт. Если же стали дополнительно раскислены А1 или легирована элементами, которые образуют простые карбиды типа МеС (VC,TiC,ZrC), то это НМЗСт.

Это объясняется тем, что данные карбиды и Al₂O₃ (АlN) плохо растворяются в аустените при нагреве стали и, располагаясь по границам зерен, механически тормозят их рост.

При температуре 1050^oС и выше они тоже растворяются, и зерно аустенита быстро растет (рис. 8.1).

Наследственность зерна влияет только на технологические свойства, например, НМЗСт можно нагреть под термообработку до более высокой температуры, не боясь роста зерна. Поэтому различают действительное зерно стали - это зерно, которое получается после реальной термообработки. Зависит оно от температуры нагрева, времени выдержки и наследственности зерна.

Размер действительного зерна оценивается по 12 балльной эталонной шкале при увеличении под микроскопом 100 крат. Размер зерна характеризуется номером балла.

Стали с баллом 1...5 - наследственно крупнозернистые стали с пониженной ударной вязкостью.

Стали с баллом 5... 12 - наследственно мелкозернистые стали с повышенной ударной вязкостью.

При переходе от мелкого зерна к крупному σ_В, δ и твердость меняются незначительно, но зато резко снижаются σ₀₂, ψ и особенно резко падает КС (ударная вязкость).

Рис. 8.3. Диаграмма состояния "железо-углерод"

Перегрев- это нагрев доэвтектоидных сталей до температуры значительно выше АС₃ (Рис – 8.3). При этом вырастают крупные зерна аустенита и падает ударная вязкость КС, что нежелательно.

При последующем охлаждении крупное зерно в стали сохраняется, так как скорость охлаждения на величину зерна не влияет. Итак, перегретая сталь характеризуется:

1) крупным зерном;

2) пониженной ударной вязкостью;

3) повышенным порогом хладноломкости;

4) разрушение идет хрупко по границам зерен.

Перегрев можно исправить повторным нагревом, но уже до температуры немного выше АС₃ когда зерно аустенита еще мелкое. Зерно в стали измельчится в момент перехода перлита в аустенит при 727^о С.

Большинство легирующих элементов, особенно карбидообразующих, уменьшают диффузию, а следовательно, и рост зерна аустенита. Особенно тормозят рост зерна элементы, которые образуют карбиды типа МеС (VC,TiC,ZrC), исключением являются Мn и Р. Они ускоряют рост зерна аустенита при нагреве.