8.3.Превращение при нагреве

При нагреве стали выше критической температуру 727 ^о С перлит (феррито-цементитная структура) превращается в аустенит. Превращение феррито-цементитной (карбидной )структуры в аустенит состоит из полиморфного  -превращения и растворения в образовавшемся аустените цементита (карбидов).

На рис.8.5 показана схема зарождения зародышей аустенита на межфазной границе феррит- цементит.

Выравнивающая диффузия понижает концентрацию углерода на границе А/Ц и повышает на границе А/Ф, что вызывает растворение цементитной и ферритной пластины. Скорость роста аустенитного зерна в сторону феррита на много больше, чем в сторону цементита, поэтому ферритные пластины растворяются быстрее. После окончания растворения цементита аустенит неоднороден по углероду и для гомогенизации (выравнивания состава) применяется выдержка. Если в исходной структуре находился свободный феррит (доэвтектоидная сталь) или свободный цементит (заэвтектоидная сталь),то для их исчезновения необходим нагрев до более высоких температур и более длительная выдержка. На рис.8.6 показана диаграмма изотермического превращения для доэвтектоидной стали: кривая -1 -исчезновение ферритных промежутков в перлите, 2 - окончание растворения цементита, 3 - исчезновение свободного феррита, 4- окончание гомогенизации аустенита.

При непрерывном нагреве температуры окончания образования аустенита и его гомогенизации повышаются с ростом скорости нагревания (рис.8.6).

С увеличением дисперсности исходной структуры время окончания всех этапов аустенизации уменьшается, главным образом за счет сокращения путей диффузии углерода.

Зерно аустенита образуется при окончании превращения перлита в аустенит. Величина начального зерна аустенита зависит от числа зародышей, возникающих в данном объеме в единицу времени, и скорости их роста.

После окончания аустенизации зерно способно к росту (собирательной рекристаллизации). Движущей силой процесса является стремление к минимуму свободной энергии (меньше удельный вес границ, обладающих повышенной энергией).

Размер аустенитного зерна зависит от температуры, выдержки при нагреве и состава стали. Почти все легирующие элементы, кроме марганца тормозят рост аустенитного зерна за счет образования трудно растворимых карбидов и окислов.

Однако, разные плавки одной и той же марки стали могут сильно отличаться по склонности к росту, т.е. склонность к росту определяется не только химическим составом по основным компонентам, но и технологией металлургического производства.

Различают наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые стали. В наследственно крупнозернистых сталях аустенитное зерно интенсивно растет при относительно небольших превышения температуры над точкой А_сз до +950-1100°С. Нагрев выше этой температуры также ведет к перегреву, т. е. интенсивному укрупнению зерна и связанному с этим падению вязкости стали после охлаждения. С наследственно мелкозернистой сталью работать легче, т.к. она не боится перегрева в широком интервале температур.

На рис.8.7 приведена схема изменения роста зерна аустенита у наследственно крупно и мелкозернистой стали. Наследственное зерно стали определяют специальной технологической пробой.

Действительное зерно - это то зерно, которое получают после той или иной операции термообработки, оно определяет конечные свойства стали.

Наследственно-мелкозернистые стали это обычно хорошо раскаленный металл с добавлениями алюминия. Мельчайшие частицы нитридов и окислов алюминия как барьеры тормозят рост аустенита. Легированные стали, кроме марганцовистых, также являются наследственно мелкозернистыми.