6.3 Обозначение критических точек сталей

Критическими называют температуры фазовых превращений. Они представляют собой точки, совокупность которых создает линии диаграммы состояния. Критические точки имеют большое практическое значение, т.к. определяют температуры превращений конкретных сплавов (сталей), и приводятся в справочниках. Все критические точки обозначают буквой «А» с добавлением числового индекса, который характеризует превращение. Но точки на диаграмме описывают равновесие, превращения протекают при нагреве выше этой точки (равновесной), превращения при охлаждении протекают при более низкой температуре, чем равновесная. Для отличия точек превращений добавляют индекс «с» при нагреве и индекс «r» при охлаждении.

Обозначения критических точек приведены в табл. 5.

Таблица 5 – Критические точки

Точки линий диаграммы состояния	Обозначение критических точек
	Равновесное	При нагреве	При охлаждении
PSK	A1	Aс1	Ar1
MO	A2	Aс2	Ar2
GS	A3	Aс3	Ar3
ES	Aсm	Acm	-
NI	A4	Aс4	Ar4

7 Теоретические основы термообработки

7.1 Сущность и технология термообработки

Термической обработкой (термообработкой) называется технологический способ закономерного изменения свойств на основе изменения микроструктуры сплавов. Любой вид термообработки состоит из трех основных этапов (нагрев, выдержка, охлаждение), каждый из которых контролируется двумя параметрами: температурой и временем. Поэтому технологию термообработки целесообразно представлять в виде графика в координатах «температура в градусах Цельсия – время в часах». На рис. 28 приведен такой график, описывающий технологию термообработки. Для разработки такой технологии должны быть указаны конкретные числовые значения температуры нагрева t_Н, времени нагрева, времени выдержки и времени охлаждения, т.е. τ^/, τ^//, τ^///. Эти параметры выбираются по вполне определенным законам, которые определяются на основе теоретических и практических предпосылок, составляющих теорию термообработки.

Рисунок 28 – График режима термической обработки

7.2 Превращения в сталях при нагреве

Представление о превращениях при нагреве можно получить на основе анализа диаграммы состояния «железо – цементит». Из диаграммы (см. рис.27) видно, что доэвтектоидные стали с исходной структурой, состоящей из феррита и перлита, до температуры А₁ не испытывают никаких превращений, поэтому такой нагрев с точки зрения изменения свойств не имеет смысла. Выше А₁ структура, состоящая из феррита и перлита, претерпевает превращения с сохранением того же феррита, но вместо перлита – образуется аустенит. Этот процесс перехода Ф+П → Ф+А продолжается до температуры А₃. Выше А₃ образуется полностью аустенит. Этот процесс называется аустенитизацией. При нагреве эвтектоидной стали исходная структура перлита выше А₁ переходит в аустенит сразу. При нагреве заэвтектоидных сталей с исходной структурой цементит и перлит сначала выше А₁ структура переходит в смесь цементита и аустенита и только выше Аcm полностью переходит в аустенит.

Таким образом, основная цель нагрева при термообработке – аустенитизация. Механизм образования аустенита носит кристаллизационный характер и состоит в зарождении центров γ-фазы и их дальнейшего роста. Центры образуются на границе раздела «феррит – цементит» на базе фазовых флуктуаций.

После исчезновения феррита и цементита и, естественно, границ между ними, наблюдается только рост зерен аустенита без возникновения новых зародышей. Образовавшийся аустенит неоднороден по содержанию углерода. В участках, прилегавших к бывшему цементиту, содержание углерода значительно выше, чем в участках, прилегавших к ферриту. Под влиянием этого перепада концентрации происходит диффузия атомов углерода, в результате чего происходит стабилизация аустенита. Следовательно, рост участков аустенита происходит вследствие превращения α → γ и диффузии углерода. Процесс завершается полной аустенитизацией.

В процессе аустенитизации происходит не только гомогенизация этой фазы, но и изменение зерна. В момент образования, т.е. при переходе через точку А₁, образуется аустенит из большого числа центров, получается много зерен, т.е. аустенит мелкозернистый. Зерно аустенита в момент образования называется начальным, и оно всегда мелкое.

При переходе через А₁ зерна разных сталей ведут себя по-разному. У одних сталей зерно аустенита начинает интенсивно расти сразу же выше А₁. Такие стали называются наследственно крупнозернистыми. У других сталей мелкое начальное зерно при дальнейшем нагреве сохраняется мелким вплоть до 930⁰С, и только после этой температуры начинается интенсивный рост зерна. Такие стали называются наследственно мелкозернистыми. Наследственность является технологическим свойством стали. Это понятие нельзя смешивать с действительным зерном, которым является зерно, полученное в результате нагрева при данной термообработке. Размер действительного зерна, который определяет конечные свойства стали, обусловлен температурой нагрева, продолжительностью выдержки при ней и склонностью данной стали к росту зерна при нагреве.

Наследственная зернистость определяется для каждой стали специальными методами, сущность которых заключается в нагреве до температуры 930⁰ С, выдержке 8 часов с последующим охлаждением. Далее определяется величина зерна под микроскопом при х100. Наблюдаемая структура сравнивается с величиной зерна стандартной (эталонной) шкалы, разделенной на баллы. Сравниванием оценивается балл зерна. Если данная сталь имеет зерно балла 1…5, то считается, что сталь наследственно крупнозернистая, если зерно 6...15 баллов – мелкозернистая.