Превращение перлита в аустенит и рост зерна аустенита при нагреве

При нагреве сталей выше Ас1 происходит превращение перлита в ау­стенит. Как правило, кристаллы аустенита (рис. 3.2, б) зарождаются на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом; в аусте-ните растворяется углерод распадающегося цементита.

Превращение перлита в аустенит состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного (а -» у)-перехода и растворения

в FeY углерода из распадающихся кристаллов цементита. Полиморфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому после завер­шения превращения аустенит сохраняет неоднородность по углероду, для устранения которой требуется время (выдержка). Для определе­ния длительности превращения используют диаграмму изотермиче­ского превращения перлита в аустенит (рис. 3.2, а), из которой видно, что чем меньше температура, тем больше времени необходимо для за­вершения процесса. Лучи на диаграмме соответствуют нагреву с раз­личными скоростями (И, <V2<V3).

Рис. 3.2. Диаграмма изотермического превращения перлита в аустенит в эвтектоидной стали (а) и схема зарождения и роста кристаллов аустенита (б)

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после завершения превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сталях после превращения перлита в аустенит в структуре со­храняются соответственно феррит и цементит. В доэвтектоидных сталях при нагреве от Ас{ до Асг происходит превращение феррита в аустенит, а в заэвтектоидных при нагреве от Ас{ до Асст - растворение вторичного цементита в аустените.

При нагреве выше критической точки Асх из перлита, независимо от размеров его зерен, образуются мелкие зерна аустенита, которые называют начальными зернами (рис. 3.3). Повышение температуры стали приводит к росту зерна аустенита, так как происходит процесс собирательной рекристаллизации. Скорость роста аустенитных зе­рен при нагреве выше температур Асъ и АсС1 неодинакова у разных сталей и зависит от способа их раскисления и наличия легирующих элементов. С учетом скорости роста аустенитных зерен различают стали наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозер­нистые. К наследственно крупнозернистым относятся стали, раскис­ленные ферросилицием и ферромарганцем. В таких сталях по мере нагрева выше температур Асг и Acci кристаллы аустенита быстро ук­рупняются.

Рис. 3.3. Схема наследственной зернистости

и влияние температуры нагрева на величину зерна аустенита:

а - начальное зерно аустенита; б - наследственно крупнозернистая сталь;

в - наследственно мелкозернистая сталь

К наследственно мелкозернистым относятся стали, дополнительно раскисленные алюминием, а также легированные титаном, вольфра­мом и ванадием. В этих сталях при нагреве до 1000-1100 °С кристал­лы аустенита растут с малой скоростью. Такое поведение сталей объясняется тем, что присутствующие в них оксиды и нитриды алюми­ния, титана, ванадия, а также карбиды титана и ванадия располага­ются по границам зерен в виде мелких включений и механически пре­пятствуют их росту при нагреве. При температурах выше 1000- 1100 °С происходит растворение этих включений в аустените, в результате чего устраняется препятствие для роста зерен.

От размера зерна аустенита, образовавшегося при нагреве до опре­деленной температуры и получившего название действительного, за­висит степень дисперсности продуктов распада аустенита. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада при охлаждении получаются мелкими. Действительное аустенитное зерно определяют с помощью специальных металлографических микроскопов, сравнивая его с эта­лоном по балльной шкале (ГОСТ 5639-82). Стали с зерном 1...5 бал­лов считаются крупнозернистыми, а 6...15 - мелкозернистыми. Раз­мер действительного (наследственного) зерна оказывает влияние на прочностные, технологические и эксплуатационные свойства стали.