1, 2, 3, 4, 5, 6 — Номер зернистості

нагрівають до 930 °С й витримують протягом 1...3 год. Як на­слідок — у спадково дрібнозернистих сталях зерно залишається практично без змін, а в спадково грубозернистих воно збільшу­ється. Границі зерен виявляють за стандартними методиками, застосовуючи травлення, цементацію, оксидацію та інші методи. В цементованих зразках на границях аустенітних зерен утво­рюється сітка цементиту, а в оксидованих — сітка оксидів.

Перетворення в сталі під час охолодження аустеніту

У діаграмі стану системи Fе — С розглянуто фазові перетворення аустеніту під час дуже повільного охолодження.

Якщо ж аустеніт А охолоджувати з підвищеною швидкістю, то він розпадається на феритно-цементитну суміш — перліт П при температурах, нижчих за критичну. В умовах переохоло­дження вільна енергія аустеніту більша від вільної енергії про­дуктів його розпаду — фериту й цементиту. Новоутворені фази істотно відрізняються від аустеніту за хімічним складом: ферит містить до 0,02 % С, цементит — 6,67 % С. Отже, щоб відбува­лось перетворення А → П, необхідна дифузія вуглецю, яка пе­рерозподіляє його концентрацію. Зі збільшенням переохолоджен­ня зростає різниця ∆F (рисунок 4) вільних енергій аустеніту F_А й перліту F_П: ∆F = F_А — F_П , що пришвидшує процес перетворення. Проте зниження температури сповільнює дифузію атомів вуглецю, що гальмує перетворення. На рисунку 4 швидкість дифузії наближено представлена коефіцієнтом дифузії D. Результуюча дія обох протилежно скерованих факторів ∆F і D виражена кривою υ (тут υ — швидкість розпаду аустеніту). Спочатку, при температурі рівноваги А₁ (727 °С), коли ∆F = 0, аустеніт не розпадається і тому υ = 0. Зі збільшенням переохо­лодження зростає різниця вільних енергій ∆F , що пришвид­шує розпад аустеніту. При певному значенні ∆F швидкість розпаду аустеніту υ досягає максимуму, після чого вона посту­пово зменшується і при температурі - 200 °С знову наближа­ється до нуля. В гальмуванні швидкості перетворення аустені­ту після її максимального значення вирішальну роль відіграє дифузія, активність якої зі зниженням температури поступо­во зменшується.

Рисунок 4 - Залежність швидкості розпаду υ аустеніту від температури і (ступеня переохолодження): D — коефіцієнт дифузії; ∆F — різниця вільних енергій

Перетворення аустеніту складається зі стадії зародження центрів нових фаз — фериту та цементиту й стадії подальшого їх росту. Підсумком цього процесу є кінетична крива перетво­рення (рисунок 5), побудована за експериментальними точками при сталій температурі (ізотермічній витримці). Про розпад аустеніту свідчить зміна певних фізичних властивостей матері­алу зразка, наприклад, його магнітних характеристик. Відомо, що аустеніт парамагнітний, а продукти розпаду — ферит і це­ментит — феромагнітні. Магнітометричним методом можна будь-коли кількісно визначити ступінь перетворення аустеніту.

Кінетична крива перетворення ілюструє зростання в часі частки перетвореного аустеніту після деякого інкубаційного періоду, що зображено відтинком часу від осі ординат до точки а. Точка а відповідає початкові перетворення аустеніту, коли частка утвореного перліту не перевищує 0,5...1 %.

Рисунок 5 - Кінетична крива перетворення аустеніту в перліт

Вигляд кривої за­свідчує, що швидкість перетворення спочатку повільно зрос­тає, доходячи до максимуму, коли перетворення досягне 50 %, а згодом поступово зменшується і в точці b закінчується.

Рисунок 6 - Діаграма ізотермічного розпаду переохолодженого аустеніту та лінії охолодження:

І - лінія початку; ІІ - лінія кінця розпаду переохолодженого аустеніту;

М_П— лінія початку; М_К — лінія кінця мартенситного перетворення;

υ1, υ2, υ3, υ4, υ_кр — швидкості охолодження; П — перліт; С — сорбіт; Т — тростит; Б — бейніт

За серією кінетичних кривих перетворення, кожна з яких отримана при іншій температурі, будують діаграму ізотерміч­ного перетворення аустеніту в координатах температура t — час τ; звичайно час відкладають на логарифмічній шкалі (рисунок 6). З кожної кінетичної кривої перетворення на діаграму переносять точки (час) початку й кінця процесу (ці точки на діаграмі не зображені). З'єднавши відповідні точки, отримують С-подібні криві початку І і кінця II перетворення. Зліва від кривої початку перетворення маємо переохолоджений аусте­ніт А, справа від кривої кінця перетворення — продукти його розпаду: П, С, Т, Б, а між кривими — разом аустеніт і продук­ти розпаду. Бачимо, що час до початку перетворення — інкуба­ційний період — найменший для ступеня переохолодження ∆t = 150...200 °С, відрахованого від А₁. Лінія М_П відповідає тем­пературі початку, а лінія М_К — температурі кінця мартенситного перетворення.