Ріст зерна аустеніту при нагріванні

Зародки аустеніту при нагріванні вище А₁ утворюється на границі розділу ферит – карбід. При такому нагріванні число зародків завжди достатньо велике і початкове ( вихідне) зерно аустеніту дрібне.

При подальшому підвищенні температури чи збільшенні часу витримки при даній температурі проходить ріст зерна аустеніту, термодинамічно виправданим намаганням системи до зменшення вільної енергії внаслідок скорочення поверхні зерен.

В основі механізму росту зерен аустеніту лежить міграція великокутових границь. Таким чином, ріст зерна контролюється дифузійним переходом атомів через великокутову границю.

Розмір зерна, що утворився при нагріванні до даної температури, звичайно, не змінюється при наступному охолодженні. Здатність зерна аустеніту до зростання неоднакова навіть у сталей одного марочного складу, внаслідок впливу умов виплавляння. Розрізняють два типи сталей по схильності до зростання зерна: спадково дрібнозернисті і спадково крупнозернисті.

У спадково дрібнозернистій сталі при нагріванні до 950 – 1000 ⁰С зерно мало збільшується, але при більш високому нагріванні наступає стрімке зростання зерна. У спадково крупнозернистій сталі, навпаки, стрімке зростання зерна спостерігається навіть при незначному перегріванні вище А₁. Різна схильність до зростання зерна визначається умовами розкислювання сталі та її складом.

Легування сталей, яке обумовлює уповільнення дифузійних процесів, буде стримувати зростання зерна, яке контролюється дифузією. Терміни спадково дрібнозерниста та спадково крупнозерниста сталь не означає того, що вона завжди буде мати крупне чи дрібне зерно. Спадкове зерно, яке отримане в стандартних умовах технологічної проби вказує тільки на те, що при нагріванні до певних температур спадково крупна зерниста сталь набуває відносно більш крупне зерно при більш низькій температурі, ніж сталь дрібнозерниста.

Розмір дійсного зерна аустеніту обумовлений температурою нагрівання, тривалістю витримки при ній і схильністю даної сталі до зростання зерна при нагріванні.

Довготривале нагрівання сталей при температурах значно вищих А₃ чи Асm, призводить до утворення крупного дійсного зерна. У перегрітої сталі злам камнеподібний. Поверхня руйнування зламу характеризується горбкуватою грубозернистою будовою ( зерна без металічного блиску, начебто оплавленні)

У перегрітій сталі нерідко чітко проявляється те, що ферит утворюється по зсувному механізму перетворення. Зростання відманштетових кристалів фериту проходить при високих температурах в умовах дифузійного відводу вуглецю. Перегрів різко знижує ударну в’язкість і цей дефект термічної обробки може бути усунений повним відпалом.

Ще більш високе нагрівання, ніж при перегріванні і до того ж в окислювальному середовищі, призводить до перепалу сталі; він супроводжується утворенням по границях зерен окислів заліза. При цьому також утворюється камневидний злам, який є більш крупнозернистим. Перепал – невиправний дефект сталі.

Величина зерна сталі суттєво не впливає на стандартний комплекс механічних властивостей, які отримують при випробуваннях на статичне розтягування ( δ, σ_0,2, σ_в, ψ) і твердість, але при зростанні зерна різко знижується ударна в’язкість, зменшується робота розповсюдження тріщини і підвищується поріг холодноламкості. Значення К_1с при збільшенні розміру зерна зростає. Чим крупніше зерно тим сильніше сталь схильна до деформації та гартувальних тріщин. Це все необхідно враховувати при виборі режимів термічної обробки. Різнозернистість сильно знижує конструкційну міцність, спричиняє окрихчування в зонах, які розташовані біля концентраторів напружень.