Превращения в стали
Превращение основано на диффузии углерода, сопровождается полиморфным превращением Feα -> Feγ, а так же растворением цементита в аустените. Для исследования процессов строят диаграммы изотермического образования аустенита. Для этого образцы нагревают до температуры выше A1 и выдерживают, фиксируя начало и конец превращения.
Рисунок 1 — Диаграмма изотермического образования аустенита
1 — начало образования аустенита; 2 — конец преобразования перлита в аустенит; 3 — полное растворение цементита
С увеличением перегрева и скорости нагрева продолжительность превращения сокращается.
Превращения в стали. Мартенситное превращение. Мартенсит. Мартенсит структура. Критическая скорость закалки.
Превращения в стали. Превращение мартенсита в перлит. Мартенсит отпуска. Троостит отпуска. Сорбит отпуска.
Рисунок 2 — Механизм превращения перлита в аустенит
Превращение начинаются с зарождения центров аустенитных зерен на поверхности раздела феррит–цементит, кристаллическая решетка Feα перестраивается в решетку Feγ.
Время превращения зависит от температуры, так как с увеличением степени перегрева уменьшается размер критического зародыша аустенита, увеличиваются скорость возникновения зародышей и скорость их роста.
Строение металлов. Атомно-кристаллическое строение металлов. Кристаллическая решетка металлов.
Образующиеся зерна аустенита имеют вначале такую же концентрацию углерода, как и феррит. Затем в аустените начинает растворяться вторая фаза перлита – цементит, следовательно, концентрация углерода увеличивается. Превращение Feα в Feγ идет быстрее. После того, как весь цементит растворится, аустенит неоднороден по химическому составу: там, где находились пластинки цементита концентрация углерода более высокая. Для завершения процесса перераспределения углерода в аустените требуется дополнительный нагрев или выдержка. Величина образовавшегося зерна аустенита оказывает влияние на свойства стали.
Компоненты железоуглеродистых сплавов. Фазы железоуглеродистых сплавов.
Рост зерна аустенита. Образующиеся зерна аустенита получаются мелкими (начальное зерно). При повышении температуры или выдержке происходит рост зерна аустенита. Движущей силой роста является разность свободных энергий мелкозернистой (большая энергия) и крупнозернистой (малая энергия) структуры аустенита.
Стали различают по склонности к росту зерна аустенита. Если зерно аустенита начинает быстро расти даже при незначительном нагреве выше температуры A1, то сталь наследственно крупнозернистая. Если зерно растет только при большом перегреве, то сталь наследственно мелкозернистая.
Склонность к росту аустенитного зерна является плавочной характеристикой. Стали одной марки, но разных плавок могут различаться, так как содержат неодинаковое количество неметаллических включений, которые затрудняют рост аустенитного зерна. Заэвтектоидные стали менее склонны к росту зерна.
Структуры сталей. Структуры белого чугуна. Структуры сплавов. Структуры сталей и сплавов.
Ванадий, титан, молибден, вольфрам, алюминий – уменьшают склонность к росту зерна аустенита, а марганец и фосфор – увеличивают ее.
При последующем охлаждении зерна аустенита не измельчаются. Это следует учитывать при назначении режимов термической обработки, так как от размера зерна зависят механические свойства. Крупное зерно снижает сопротивление отрыву, ударную вязкость, повышает порог хладоломкости.
Различают величину зерна наследственного и действительного. Для определения величины наследственного зерна, образцы нагревают до 930o С и затем определяют размер зерна. Действительная величина зерна – размер зерна при обычных температурах. полученный после той или иной термической обработки.
Неправильный режим нагрева может привести либо к перегреву, либо к пережогу стали.
Технология нагрева и нагревательное оборудование
Перегрев. Нагрев доэвтектоидной стали значительно выше температуры A3 приводит к интенсивному росту зерна аустенита. При охлаждении феррит выделяется в виде пластинчатых или игольчатых кристаллов. Такая структура называется видманштеттовая структура и характеризуется пониженными механическими свойствами. Перегрев можно исправить повторным нагревом до оптимальных температур с последующим медленным охлаждением.
Пережог имеет место, когда температура нагрева приближается к температуре плавления. При этом наблюдается окисление границ зерен, что резко снижает прочность стали. Излом такой стали камневидный. Пережог – неисправимый брак.