Превращения при нагреве стали.

При нагреве стали имеют место следующие процессы: аустенитизация (превращение перлита в аустенит), рост аустенитных зерен, гомогенизация аустенита.

Аустенитизация является необходимым этапом термической обработки сталей. Это превращение происходит в сталях при температуре A_С1, перлит превращается в мелкозернистый аустенит, т.к. в каждом перлитном зерне образуется несколько зародышей аустенита (рис.16).

Рис.16. Этапы аустенитизации.

Превращение перлита в аустенит происходит в три этапа: образование зародышей аустенита в результате полиморфного превращенияFe_α → Fe_γ, растворение цементита в аустените за счет диффузии атомов углерода, образование однородной аустенитной структуры.

Скорость превращения зависит от температуры: при A_С1(≈730°С) время превращения составляет ≈20мин, а при 850°С – несколько секунд. Процесс аустенитизации завершается образованием однофазной аустенитной структуры. В доэвтектоидных сталях это достигается при нагреве вышеA_С3, а в заэвтектоидных – выше A_cm.

Рост аустенитных зерен происходит путем собирательной кристаллизации. Это процесс укрупнения зерен при одновременном уменьшении их количества. Укрупнение зерен происходит за счет миграции их границ. Скорость миграции резко снижается при наличии в структуре стали карбидов, нитридов и других неметаллических включений. В сталях¸ дополнительно раскисленных алюминием, частицы нитрида алюминия, располагаясь по границам зерен, препятствуют собирательной рекристаллизации и тормозят рост зерен. Аналогичное влияние оказывают карбиды легирующих элементов (Ti,V,Nb,Mo), входящих в состав стали. Такие стали относятся к наследственно-мелкозернистым, мелкий размер аустенитных зерен в этих сталях практически не меняется при нагреве вплоть до 1000…1050°С. Стали, раскислявшиеся при выплавке только кремнием и марганцем, относятся кнаследственно-крупнозернистым.В этих сталях рост аустенитных зерен начинается при температуре нагрева, несколько превышающей A_С1.

На величину аустенитных зерен оказывает влияние скорость нагрева: с ее увеличением размер аустенитных зерен уменьшается. Это объясняется тем, что с увеличением скорости нагрева резко возрастает интенсивность образования зародышей аустенита, а скорость роста аустенитных зерен при этом существенно меньше.

Существует специальная методика определения величины аустенитного зерна, а также шкала зернистости. Стали с размером зерен, соответствующим 1..5 баллам шкалы, считаются крупнозернистыми, а стали с размером зерен 6…10 балла – мелкозернистыми. Между номером (баллом) зерна N и количеством зерен на 1мм² существует зависимость h=8·2^N, где h – количество зерен.

Следующим после аустенитизации этапом термической обработки является гомогенизация аустенита, в результате которой обеспечивается однородность химического состава по объему аустенитных зерен. Это происходит в процессе выдержки стали при заданной температуре термообработки. По завершении выдержки сталь подвергается охлаждению с определенной скоростью. Целью охлаждения является превращение аустенита в структуру, которая обеспечивает заданные свойства стали.