Механизм образования аустенита
Для начала образования аустенита необходим перегрев выше точки А Предположим что превращение происходит при температуре Т. При этой температуре в перлите появляются зародыши аустенита. На границе с ферритом устанавливается концентрация точки b, а на границе с цементитом – точкой a. Внутри аустенитного зерна устанавливается градиент концентрации.
Скорость изотермического роста аустенитного зерна контролируется диффузией углерода от границы А/Ц к границе А/Ф, выравнивающая диффузия понижает концентрацию углерода в аустените на границе А/Ц, сдвигая состав аустенита влево от точки а. Аустенит при этом становится ненасыщенным по отношению к цементиту, который растворяется, восстанавливая равновесную концентрацию углерода в аустените, сдвигая ее вправо от точки b. Аустенит при этом становится ненасыщенным по отношению к ферриту, который превращается в аустенит, повышая в нем концентрацию железа до равновесного состава точки b. Таким образом, аустенитное зерно разрастается в сторону и феррита, и цементита.
В доэвтектоидной стали размер зерен структурно-свободного феррита на один-два порядка больше толщины ферритных промежутков в перлите. Поэтому время исчезновения избыточного феррита превышает время исчезновения перлита. После исчезновения избыточного феррита на месте его зерен концентрация углерода в аустените понижена и идет процесс выравнивания внутри аустенитных зерен.
Кинетика аустенитного превращения
Кинетика аустенитного превращения изображается диаграммой изотермического превращения аустенита.
1 характеризует появление аустенита, 2 – конец аустенитного превращения, 3 – конец растворения цементита, 4 – гомогенизация аустенита. Это объясняется следующими причинами: с повышением температуры увеличивается термодинамический стимул, увеличивается скорость диффузии (аустенитное превращение является диффузионным), при более высоких температурах линии GS и SE расходятся и в аустените будет большой перепад концентрации. Кроме того, при повешении температуры для превращения феррита в аустенит нужен меньший скачок концентрации (линии GS и GP сходятся).
На скорость аустенитного превращения влияет дисперсность исходной среды - чем мельче феррито-перлитная смесь, тем быстрее происходит превращение. Чем мельче пластины тем меньше зерно новой фазы.
Влияние легирующих элементов на гомогенизацию и превращение аустенита
Гомогенизация аустенита идет гораздо дольше в легированных сталях. Легирующие элементы неравномерно распределены между ферритом и карбидом. Некарбидообразующие элементы находятся в феррите, а карбидообразующие – преимущественно в карбиде. По окончании перлито-аустенитного превращения аустенит неоднороден. В участках аустенита, соответствующих исчезнувшим частицам феррита и карбида, различна концентрация не только углерода, но и легирующих элементов.
Хотя скорость диффузии углерода в аустените на несколько порядков больше, чем у легирующих элементов, его концентрация не может выровняться до тех пор, пока не исчезнет градиент концентраций легирующих элементов. Объясняется это влиянием легирующих элементов на активность углерода.