Перегрев и пережег.

Если сталь выдерживать длительное время при высоких температурах, происходит интенсивный рост зерна. Это явление получило название – перегрев. Перегрев можно устранить дополнительной термической обработкой, заключающейся в повторном нагреве стали выше А1. В результате зерно измельчается, свойства стали возрастают. Если сталь длительное время выдерживать при температуре АС3 в окислительной атмосфере, то происходит образование окислов железа по границам зерен. Это так называемый пережег. Это не устранимый дефект, сталь необходимо переплавлять.

При нагреве до 727град. в стали превращений не происходит. Когда температура достигает 727град начинаются фазовые превращения. При этом должно произойти два процесса:

1. Ф_0,025 (ОЦК) → А_0,025 (ГЦК) – ПП(полиморфное превращение)

2. А_0,025 + Ц_6,67 → А_0,8 (растворение углерода в решетке)

А обр-ся в результате полиморфного превращения Ф. Т.к. в одной перлитной колонии может образоваться несколько зародышей А, неизбежно измельчение размеров зерна. По окончанию превращения полученный размер зерна называется начальным зерном аустенита. При дальнейшем росте температуры начинается рост аустенитного зерна. Рост, в зависимости от состава стали, может идти по-разному. Если в стали не содержатся нерастворимые примеси, то зерно начинает расти с самого начала, называется наследственно крупнозернистой. Если в стали содержатся нерастворенные примеси, то до какой-либо температуры они сдерживают рост зерна, а после их растворения зерно интенсивно растет –наследственно мелкозернистая. Зерно А, полученное в результате ТО называется действительным зерном А. Действительное зерно зависит от состава стали и температуры нагрева. Температура нагрева для доэвтектоидной стали при фазовой перекристаллизации определяется из расчета: А_С3+(30..50)град.С. для эвтектоидной и заэвтектоидной стали tопределяется из сообношения: АС1+(50..70)град.С. Для доэвтектоидной и эвтектоидной стали эти температуры обеспечивают полную фазовую перекристаллизацию и называется полным отжигом. Для заэвтектоидной стали эта температура не обеспечивает полной фазовой перекристаллизации, т.к. в структуре присутствуют 2 фазы и такой вид обработки называют неполным отжигом. Полный отжиг для заэвтектоидных сталей не используется, т.к. при этом интенсивно растет зерно.

  Чем выше скорость нагрева, тем меньше зерно аустенита, так скорость образования зародышей выше, чем скорость их роста. При дальнейшем повышении температуры или увеличении длительности выдержки при данной температуре происходит собирательная рекристаллизация и зерно увеличивается.          Способность зерна к росту неодинакова даже у сталей одного марочного состава вследствие влияния условий их выплавки.          По склонности к росту зерна различают два предельных типов сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.          В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000 - 10500С), зерно увеличивается незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном нагреве выше Ас1 . Различная скорость к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом.          Следует отметить, что термины "наследственно крупнозернистая сталь" и "наследственно мелкозернистая сталь" не обозначают того, что данная сталь имеет всегда крупное или всегда мелкое зерно. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы, указывает лишь на то, что при нагреве доопределенных температур крупнозернистая сталь приобретает крупное зерно при более низкой температуре, чем сталь мелкозернистая (рис. 54)         В связи с эти введено понятие о действительном зерне, т.н. зерне, существующем в стали при данной температуре.         Продолжительном нагрев при температурах гораздо выше Ас3 и Асm приводит к образованию крупного действительного зерна. Такой нагрев принято называть перегревом стали. Она характеризуется хрупким изломом.          Влияние величины зерна на свойства стали. Как упомянуто ранее, чем мельче зерно, тем выше прочность (s_B, s_T, s_-1), пластичность (d, y) и вязкость (KCU, KCT), ниже порог хладноломкости (t50) и меньше склонность к хрупкому разрушению. Уменьшая размер зерна аустенита, можно компенсировать отрицательное влияние других механизмов упрочнения на порог хладноломкости..         Аномально себя ведет только трещиностойкость. при укрупнении зерна аустенита до 10-15 мкм трещиностойкость уменьшается, а при дальнейшем росте возрастает.         Выявление и определение величины зерна. Зерно выявляется различными методами: 

цементацией; 

окислением по ферритной и цементитной сетке;

травлением границ зерен.

         Величину зерна определяют баллами. Между номером зерна N (балом) и количеством зерен n , помещающихся на 1мм2 шлифа, существует следующая зависимость: n = 2 N+3.         Стали с номером зерна 1 - 5 относят к крупнозернистым, а с номером зерна 6 - 15 к мелкозернистым.

В наследственно крупнозернистой стали зерно интенсивно растет при относительно небольших превышениях температуры над точкой A_c3.  В наследственно мелкозернистой стали мелкое аустенитное зерно получается в широком диапазоне температур: от точки A_c3 до 960 — 1100 °С.  Переход через этот температурный порог приводит к перегреву наследственно мелкозернистой стали. Под перегревом здесь подразумевается интенсивное укрупнение зерна и связанное с этим падение ударной вязкости.  Для определения склонности стали к росту зерна пользуются стандартной технологической пробой, которая состоит в следующем. Доэвтектоидную сталь цементуют при 930 °С в течение 8 ч с последующим медленным охлаждением. Размер зерна определяют по Карбидной сетке, окаймляющей границы аустенитных зерен.  За эвтектоидную сталь нагревают до 930 °С и после выдержки в течение 3 ч медленно охлаждают. Размер зерна определяют по сетке вторичных карбидов, выделяющихся по границам аустенитных кристалов. Другой метод состоит в окислительном нагреве шлифа в течение 3 ч при 930 °С.  Границы зерен аустенита выявляются сеткой окислов. Размер зерна аустенита в среднеуглеродистой стали (0,3 — 0,6%С) можно определить по сетке избыточного феррита, который выделяется на границах аустенитных зерен при охлаждении образца на воздухе. 

Для производственного контроля стандартизована шкала размеров зерна, с которой сравниваются микроструктуры, видимые под микроскопом при увеличении в 100 раз.  При пробе на наследственное зерно температура нагрева 930 °С выбрана по следующим соображениям. Для большинства сталей температура нагрева при различных видах термообработки не превышает 930 °С. Вместе с тем наследственно мелкозернистая сталь при 930 °С еще сопротивляется интенсивному росту зерна, а в наследственно крупнозернистой стали при этой температуре вырастает крупное зерно.  Таким образом, различают наследственное зерно и действительное зерно аустенита. Наследственное зерно получается в стандартных условиях технологической пробы и характеризует склонность стали к росту зерна.  Действительное зерно — это то зерно, которое получается в результате той или иной операции термообработки. Оно может быть больше или меньше наследственного зерна в зависимости от того, выше или ниже 930 °С температура нагрева стали при термообработке.  Алюминий особенно сильно влияет на рост зерна аустенита при нагреве стали. Наследственно мелкозернистую сталь получают введением в ковш перед разливкой примерно 0,05% Al. Мельчайшие частички нитридов и окислов алюминия как барьеры тормозят рост зерен аустенита. Интенсивный рост зерна в наследственно мелкозернистой стали выше температур 950 — 1100 °С объясняется растворением и возможно коагуляцией барьерных частиц.