Превращения в стали при непрерывном охлаждения и нагреве

Превращения, происходящие в стали при нагреве и охлаждении

Структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до критичес­кой точки Ас1 (см. рисунок 7.3) представляет собой смесь перлита и феррита. В точке Ас1 начинается фазовая перекристаллизация перлита, т. е. превращение его в мелкозернистый аустенит. При дальнейшем нагреве (от точки Ас1 до точки Ас3,) избыточный феррит растворяется в аустените, при достижении точки Ас3, (ли­ния GS) этот процесс заканчивается. Выше точки Ас3 структура стали становится аустенитной.

При нагреве заэвтектоидной стали выше температуры точкиАс1 в аустените начинает растворяться избыточный цементит. Выше точки Аст (линия ES) сталь состоит только из аустенита, неодно­родного по химическому составу. В тех местах, где был цементит, аустенит богаче углеродом, а там, где был феррит, — беднее. Поэтому при термической обработке для выравнивания химического состава аустенита сталь нагревают до температуры, немного выше верхней критической точки Ас3, и выдерживают при этой температуре.

При повышении температуры выше точки Ас3 мелкие зерна аус­тенита соединяются между собой, размеры их увеличиваются.

Весьма ответственной характеристикой структуры стали явля­ется размер зерна аустенита. При охлаждении стали аустенит ис­пытывает превращения и формирование новой структуры, что су­щественно зависит от размера зерна аустенита. Чем меньше зер­на аустенита, тем меньше будут размеры зерен феррита и перли­та, а в закаленных сталях меньше размеры кристаллов мартенсита. Мелкозернистый аустенит способствует улучшению механичес­ких свойств стали. Увеличивается сопротивление хрупкому раз­рушению. Снижается температурный порог хрупкости Т50. В за­каленных сталях со структурой мартенсита сопротивление хруп­кому разрушению увеличивается при уменьшении размеров кри­сталлов мартенсита. Размер зерна аустенита в сталях может быть от миллиметра до микронов. Его определяют различными спосо­бами, но в основном металлографическим анализом. ГОСТ 5639-82 регламентирует размеры зерен, которые характеризуются его но­мером: -3, -2, -1, 0, 1, 2 ...14. Чем больше номер, тем мельче зерно. Например: средний диаметр зерна номера -3 составляет 1,000 мм, номера 7 — 0,031 мм, номера 14 — 0,0027 мм. Круп­ными зернами считаются с номерами от -3 до 5, мелкими — с но­мерами от 6 до 14.

При скорости нагрева в промышленных термических печах на­чальное зерно аустенита имеет номера 8-10. При нагреве концентрированными потоками энергии (лазер, электронный луч, ТВЧ и др.) начальное зерно получается более мелким — вплоть до номера 14.

Аустенит устойчив только при температурах выше 727 °С (см. рисунок 9.3, точка Аr1). При охлаждении стали, нагретой до аустенитного состояния, ниже точки Ап начинается распад аустени­та. Как уже было сказано (см. диаграмму состояния железоугле­родистых сплавов), при медленном охлаждении эвтектоидной уг­леродистой стали (0,81 % углерода) при температуре, соответству­ющей линии PSK происходит превращение аустенита в перлит. Кристаллическая решетка γ-железа перестраивается в α-железо, выделяется цементит. Изучение процесса превращения аустенита в перлит проводится при постоянной температуре (в изотермичес­ких условиях) и непрерывном охлаждении.

На рисунке 9.4 показана диаграмма изотермического превращения аустенита при постоянной температуре. По оси ординат указана температура, по оси абсцисс — время. Для удобства построения диаграммы время распада обычно дают по логарифмической шка­ле, так как оно может колебаться в широких пределах — от долей секунды до десятков минут и даже часов.

Для изучения изотермического превращения аустенита неболь­шие образцы стали нагревают до температур, соответствующих су­ществованию стабильного аустенита, т. е. выше критической точ­ки, а затем быстро охлаждают, например до 700, 600, 500, 40