vopros_9_Termicheskaya_obrabotka_stali
.docxТермическая обработка стали. Превращения при нагреве (схема перекристаллизации перлита в аустенит, измельчение структуры – образование начального и действительного зерна; схема роста зерна аустенита при нагреве, наследственное зерно). Перегрев, видманштеттовая структура, пережог стали.
Превращение перлита в аустенит в соответствии с диаграммой состояния железоуглеродистых сплавов происходит при температуре, соответствующей критической точке Aс1 (727 °C, линия PSK). Это превращение можно записать, согласно диаграмме железо-цементит: П (Ф + Ц) → А, где Ф (феррит) содержит 0,02 % углерода, Ц (цементит) – 6,67 % углерода и А (аустенит) – 0,8 % углерода. Указанное превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного (аллотропического) превращения феррита в аустенит – α-Fe (ОЦК) → γ-Fе (ГЦК) – и растворения перлитного цементита в образовавшемся аустените. Названный процесс возможен только при перегреве стали выше Ас1 на (30 − 50) °С, что обеспечивает образование устойчивых центров кристаллизации аустенита. Таким образом, механизм процесса превращения перлита в аустенит состоит в зарождении центров кристаллизации зерен аустенита на межфазной поверхности раздела феррита и цементита и в росте его зерен из этих центров с растворением в них цементита, что наглядно прослеживается на примере эвтектоидной стали (рис. 1.1). Так как рост зерен аустенита идет из большого числа центров кристаллизации внутри перлитной колонии (бывшего крупного, исходного зерна аустенита), при завершении этого процесса в исходном объеме образуется множество 7 более мелких зерен, т. е. превращение перлита в аустенит сопровождается измельчением зерна стали.
Эта особенность фазовой перекристаллизации широко используется в практике термической обработки для получения мелкозернистой стали (отжиг, нормализация, закалка). Зерно аустенита в момент окончания превращения перлита в аустенит называется начальным зерном.
Дальнейший нагрев (выше Ac1) после окончания превращения ведет к росту аустенитных зерен. Рост зерна аустенита происходит самопроизвольно и вызывается стремлением системы к снижению термодинамического потенциала (свободной энергии) за счет сокращения суммарной площади поверхности зерен (поверхностной энергии). Происходит «слияние» мелких (начальных) зерен аустенита в крупные зерна. Чем выше температура нагрева и чем длительнее выдержка, тем крупнее будут зерна. После нагрева и выдержки стали размер выросших зерен при последующем охлаждении сохраняется. Зерно стали, полученное в результате той или иной термической обработки, называется действительным зерном.
Процесс роста зерен аустенита при нагреве называется перегревом стали, а крупнозернистая сталь (с крупным действительным зерном), образовавшаяся в результате перегрев а, называется перегретой сталью.
Образование крупного действительного зерна и снижение ударной вязкости в результате высокотемпературного нагрева называется перег ревом стали.
Перегрев − дефект обработки стали, он может быть исправлен повторной перекристаллизацией, т. е. полным отжигом или нормализацией.
Перегрев до значений температуры, близких к линии солидус, вызывающий окисление границ зерен, называется пережо г ом стали.
Пережог − неисправимый дефект структуры. Сталь утрачивает прочность. Излом такой стали камневидный.
Видманштеттова структура имеет два характерных признака: крупнозернистость и определенную направленность иглообразных пластин феррита в доэвтектоидной стали или цементитных игл в заэвтектоидной (рис. 1.2). Эта структура образуется вследствие ускоренного охлаждения крупно- 9 зернистой стали из аустенитного состояния. При перекристаллизации в доэвтектоидной стали феррит, а в заэвтектоидной цементит вторичный образуются не только на границах, но и внутри зерен аустенита (в местах дефектов кристаллического строения). Видманштеттова структура – признак перегрева стали