Превращения в стали при нагреве

Превращение перлита в аустенит. Согласно левой нижней части диаграммы состояния железо-цементит (см. рис. 2.2), при нагреве стали перлит превращается в аустенит при критической температуре а₁ (линия PSK, температура 727 °С) по такой реакции

Fe _α (C) + Fe₃C → Fe _γ (C)

Рис. 2.2. Критические точки диаграммы железо-углерод при нагреве и охлаждении

В действительности превращение перлита в аустенит не может происходить при 727 °С, т.к. при этой температуре свободная энер­гия перлита G_n равна свободной энергии аустенита G_a (т.е. G_n ⁼ G_A), поскольку движущая сила фазового превращения АÛП DG=0. Для превращения необходимо, чтобы DG ¹ 0, т.е. обязательно должен быть пере­грев DТ⁺.

Рис. 2.3. Кривые свободной энергии аустенита и перлита

Процесс превращения перли­та в аустенит при нагреве в эвтектоидной стали (0,8 % С) происхо­дит следующим образом. Сталь в исходном состоянии пред­ставляет смесь фаз феррита и це­ментита. Центры кристаллизации аустенита возникают в кристаллах феррита (т.к. аустенит и феррит – твердые растворы) с примерной концентрацией углерода 0,8%. Но для роста зародышей аустенита необходим приток атомов углерода. Поэтому превращение a®g происходит на границе ферритной и цементитной фаз, начинается превращение приводящее к образованию низкоуглеродистого аустенита, в котором растворяется цементит.

Рис. 2.4. Пример превращения аустенита в перлит

Превращение a®g происходит быстрее, чем растворение це­ментита, поэтому, когда вся a - фаза (феррит) превратится в g - фазу (аустенит), цементит Fe₃С еще остается. После растворения всего цементита превращение заканчивается. Только при дальнейшем по­вышении температуры или дополнительной выдержке аустенит стано­вится однородным по всему объему в результате диффузии углерода.

Наиболее интенсивно зерно аустенита растет у эвтектоиной стали. Наличие феррита и цементита в до- и заэвтектоидных сталях тормозит рост зерен аустенита.

На скорость превращения перлита в аустенит влияют многие факторы: температура, скорость нагрева, дисперсность исходной структуры, пластинчатая или зернистая форма перлита, химический состав стали.