Образование аустенита при нагревании

Процесс образования аустенита при нагревании углеродистой стали состоит из полиморфного превращения a ® g и растворения в аустените цементита.

При нагревании эвтектоидной стали с исходной перлитной структурой выше А_С1 происходит образование зародышей аустенита на базе фазовых флуктуаций на межфазных поверхностях между ферритом и цементитом. Последующий рост зародышей происходит за счет разной концентрации углерода на границах «цементит-аустенит» и «феррит - аустенит», в результате чего наблюдается диффузионный перенос углерода от первой границы ко второй и растворение цементита для восстановления равновесия. После полного растворения цементита аустенит является неоднородным и нужна некоторая выдержка для достижения его однородности (гомогенизации).

Поскольку граница между составляющими перлита (ферритом и цементитом) очень распространена, то превращение начинаются с образования большого количества малых зерен. Размер этих зерен характеризует величину начального зерна аустенита (рис. 9).

При повышении температуры зерна аустенита начинают расти и в зависимости от кинетики этого процесса различают два типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые. Первый тип сталей характеризуется малой склонностью, а второй - повышенной склонностью к росту зерна. Таким образом, наследственная зернистость характеризует склонность аустенитного зерна к росту.

Наследственная зернистость зависит от наличия нерастворенных в аустените дисперсных карбидов, окислов и нитридов, которые размещаются по границам зерен и оказывают барьерное действие при росте зерна. Это обусловливает влияние раскисления стали и её химического состава. Спокойные стали, раскисленные при выплавке алюминием, ванадием, титаном, являются наследственно мелкозернистыми. Карбидо- и нитридообразующие элементы (Cr, Mo, W, V, Nb, Ti, Zr) задерживают рост зерна аустенита, причем, чем более стойкие к растворению при нагревании образуются фазы, тем сильнее эффект.

Рисунок 9 - Рост зерна аустенита при повышении температуры для крупнозернистых (К) и мелкозернистых (М) сталей

Кипящие стали, раскисленные при выплавке только марганцем, являются наследственно крупнозернистыми. Из легирующих элементов увеличивают склонность к росту зерна марганец и бор.

После растворения барьеров, которые сдерживают рост зерна в наследственно мелкозернистой стали, оно начинает быстро расти. При нагревании выше 950-1000°С размер зерен в наследственно мелкозернистой стали может быть даже больше, чем в наследственно крупнозернистой стали при этой температуре.

Зерно аустенита, полученного в стали в результате термической обработки, называется действительным и его размер зависит от температуры и длительности выдержке при нагревании.

На свойства стали влияет только действительный размер зерна. Наследственный размер зерна на свойства не влияет. От величины зерна почти не зависят статические характеристики (НВ, s_В, s_0,2, ), но сильно снижается при его увеличении ударная вязкость и повышается порог хладноломкости.

Превращение перлита в аустенит может происходить в полном соответствии с диаграммой состояния „железо-цементит" лишь при условии очень медленного нагревания. В реальных условиях превращение проходит при температурах выше, чем А_1, и чем быстрее происходит нагревание, тем интенсивнее и при более высокой температуре оно происходит. Процесс превращения перлита в аустенит ускоряется также при повышении содержания углерода в стали и увеличении дисперсности участков перлита.

Приведенные положения касаются только эвтектоидной стали, а доэвтектоидные и заэвтектоидные стали будут иметь структуру однородного аустенита лишь при нагревании выше линии, соответственно, А_С3 и А_сm.