2.3 Фазові і структурні перетворення при аустенітизації сталі шх9

Аустенітизація – процес отримання структури аустеніту під час нагріву в аустенітну область.

1. Серед режимів термічної обробки сталі ШХ9, що розглядаються в даній роботі, процес аустенітизації відбувається при гомогенізирующому та сфероїдизуючому відпалі та під час нагріву виробу під гартування. У цих режимах температура нагріву перевищує точку Ас . При проведенні всіх інших видів термообробки аустенітизація не відбувається.

2. Температура аустенитизації для сталі ШХ9 – 780 - 820 °С. При аустенитизації сталі для завершення перетворення перлиту в аустеніт цілком достатня витримка протягом 45 - 60 хв. Проте, враховуючи неминучі перепади температури в різних зонах садіння, тривалість нагріву повинна бути достатньою, щоб найбільш холодна частина садіння знаходилася при температурі аустенитизації не менше 1 ч. Швидкість охолодження повинна бути такою, щоб перетворення аустеніту на зернистий перлитдля сталі ШХ9 завершилося при температурі 600 °С .

Для сталі ШХ15 температура кінця евтектоїдного перетворення зсувається до більш високих температур і досягає 750-760 ºС. Під час нагріву до 760 ºС перліт перетворюється в аустеніт. При цьому в аустеніт переходить лише та кількість карбідів, яка відповідає евтектоїдному складу (0,8% С). Останні карбіди розчиняються по мірі росту температури відповідно лінії SE діаграми рівноваги системи Fe – C [7] (рисунок 2.8).

.

Рисунок 2.8 – Фрагмент діаграми рівноваги системи Fe – C

Відпал проводять вище т. Ас (745 ºС). Початкова структура – пластинчатий перліт з тонкою цементитною сіткою (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 – Початкова мікроструктура сталі ШХ9 після пластичної деформації

5. Під час нагріву сталі до температури Ас поліморфні перетворення не відбуваються; відбувається розчин карбідів і дифузія вуглецю. Крім того, відбувається розподіл карбідної складової шляхом переносу вуглецю від пластини, що розчиняється, енергетично менш стійкої, до сфероїду чи іншого стійкого центру кристалізації.

Перетворення перліту в аустеніт відбувається при температурах більших за Ас : Ф + Ц → А (метастаб.) → А (стаб.).

Зародиш аустеніту утворюється переважно по границях перлітних пластин. Цей процес протікає в дві стадії:

- В зв’язку з цим, якщо перегріти сталь ШХ9 вище т. Ас , її структура буде складатись з аустеніту та карбідів, які не розчиняються.

Легування сталі Cr зменшує розчинність вуглецю в аустеніті. При цьому, вся лінія граничної розчинності карбідів в аустеніті, а разом з нею і евтектоїдна точка S зміщуються вліво у бік меншої концентрації вуглецю.

Нагрів сталі ШХ9 під гартування також відбувається в між критичному інтервалі (Ас – Ас ). Швидкість нагріву під гартування набагато більше, ніж при відпалі. При цьому до температури критичної т.Ас не яких фазово-структурних перетворень не відбувається, бо при цій температурі вільна енергія перліту дорівнює вільній енергії аустеніту. Тому для перетворення перліту в аустеніт температура нагріву повинна бути вищою рівноважної температури Ас = 745 ºС.

На рисунку 2.10 наведено структуру сталі ШХ9 при аустенітизації.

Рисунок 2.10 – мікроструктура сталі ШХ9 при нагріві в аустенітну область під час сфероїдизуючого відпалу (6-7 бал зерна)

Потім відбувається розчинення надмірної фази до отримання однорідного аустеніту.

Чим більше в сталі вуглецю, тим швидше протікають процеси аустенітизації, що пояснюється збільшенням кількості цементиту.

Введення в сталь ШХ9 хрома уповільнює процес аустенітизації внаслідок утворення легованого цементиту або карбідів хрома, які більш складно розчиняються в аустеніті.

Під час безперервного нагріву перетворення перліту в аустеніт протікає в деякому інтервалі температур. На рисунку 2.15 наведено термокінетичну діаграму утворення аустеніту при нагріві сталі з 1% С .

Рисунок 2.11 – Діаграма утворення аустеніту при нагріві сталі з 1% С [10]

Чим вище швидкість нагріву, тим при більш високій температурі відбувається перетворення фирито-цементитної структури (перлиту) в аустенітну.

Згідно до рис. 2.11 початкова структура сталі є ферито-карбідною, яка залишається у рівновазі при нагріві до А_с1. При підвищенні температури вище А_с1 концентрація вуглецю в окремих дільницях фериту зростає. Такі дільниці фериту нестійкі і перетворюються в аустеніт. Також можна побачити, що в аустеніт перетворюється і карбіди, який повністю зникає при температурі 1050^оС. Нагрів в аустенітну області відбувається через 45хв. при температурі 1050^оС.