Превращения в стали при охлаждении

Превращения в стали при нагреве

Нагрев стали при термической обработке используют для получения аустенита.

Структура доэвтектоидной стали при нагреве ее до нижней критической точки при охлаждении (Ас₁) состо­ит из зерен перлита и феррита. В точке Ас₁ происходит превращение перлита в мелкозернистый аус­тенит. Образовавшийся аустенит неоднороден даже в объеме одного зерна. В тех местах, где раньше были пла­стинки цементита, содержание углерода значительно больше, чем в тех местах, где находились пластинки фер­рита. Для выравнивания химического состава и получе­ния однородного аустенита доэвтектоидную сталь нагре­вают немного выше верхней критической точки Ас₃ и выдерживают некоторое время при этой температуре для завершения диффузионных процессов. По окончании процесса превращения перлита в аустенит образуется большое количество мелких аустенитных зерен. Эти зер­на называют начальными зернами аустенита.

Дальнейший нагрев стали или увеличение выдержки приводят к росту аустенитного зерна. Зерно, полученное в стали в результате той или иной термической обработ­ки, называют действительным зерном.

Но склонность к росту аустенитных зерен с повыше­нием температуры нагрева различна. Стали, раскислен­ные в процессе плавки кремнием и марганцем, обладают большой склонностью к непрерывному росту зерен аус­тенита при повышении температуры. Такие стали назы­вают наследственно крупнозернистыми. К ним относят кипящие стали. Стали, раскисляемые в процессе выплав­ки дополнительно алюминием и в особенности легиро­ванные титаном или ванадием, мало склонны к росту зер­на аустенита при нагреве до 950— 1000°С. Такие стали называют наследственно мелкозернистыми. К ним отно­сят спокойные стали.

От размера действительного зерна зависят механичес­кие свойства стали, главным образом ударная вязкость. Она значительно понижается с увеличением размера зер­на. Размер действительного зерна стали зависит от раз­мера зерна аустенита. Размер наследственного зерна ока­зывает влияние на технологические свойства стали. Если сталь наследственно мелкозернистая, то ее можно нагре­вать до более высокой температуры. Горячую обработку давлением — прокатку, ковку, объемную штамповку на­следственно мелкозернистой стали — начинают и окан­чивают при более высокой температуре, не опасаясь по­лучения крупнозернистой структуры. Для определения размера наследственного (аустенитного) зерна применя­ют различные методы.

Аустенит является устойчивым только при температу­ре выше 727°С. При охлаждении стали, предварительно нагретой до аустенитного состояния, аустенит становит­ся неустойчивым — начинается его превращение. Такое превращение может начаться только при некотором пе­реохлаждении аустенита. В случае использования эвтектоидной углеродистой стали аустенит превратится в пер­лит, т. е. в механическую смесь феррита и цементита. При этом чем ниже температура превращения, тем больше пе­реохлаждение и тем быстрее будет происходить превра­щение аустенита в перлит. Это превращение сопровож­дается диффузионным перераспределением углерода, и чем ниже температура переохлаждения, тем медленнее протекает процесс диффузии, что в свою очередь замед­ляет превращение аустенита в перлит.

Противоположное действие обоих факторов (переох­лаждения и диффузии) приводит к тому, что вначале с увеличением переохлаждения скорость превращения воз­растает, а затем убывает. Процесс превращения аустенита в перлит экспериментально проводят при постоянной температуре, т. е. в изотермических условиях. Для этого образцы из стали нагревают до температуры, при кото­рой она состоит из однородного аустенита, а затем быст­ро переносят в термостаты с заданной температурой.

Превращение аустенита при постоянной температуре обобщается и изображается наглядно в виде диаграммы изотермического превращения (рис. 7).

Эта диаграмма строится на основе исследований при постоянных температурах (700, 650, 550°С и т. д.). По го­ризонтальной оси диаграммы наносят время в логариф­мической шкале: 1, 10, 100, 1000, 10 000 и 100 000°С. По вертикальной оси откладывают температуру. Далее на ди­аграмме проводят жирные С-образные линии, отвечаю­щие полученным экспериментальным путем точкам изо­термического превращения аустенита. На диаграмме изо­термического превращения в зависимости от степени переохлаждения различают три температурные области превращения: перлитную, бейнитную и мартенситную.

Мартенситное превращение в отличие от перлитного имеет бездиффузионный характер. Мартенсит является основной структурой закаленной стали. Он имеет высо­кую твердость, зависящую от содержания углерода в ста­ли. Чем больше содержится углерода в мартенсите, тем выше твердость стали.

Дата добавления: 2015-06-27