Фазовые превращения в стали при нагреве

Превращение феррито - карбидной структуры в аустенит происходит до температур,

лежащих выше эвтэктоидной линии PSK. Зародыши аустенита преимущественно возникают на различных поверхностях раздела. Наиболее легко они образуются на межфазных границах феррит-цементит, где повышена концентрация углерода. Рассмотрим для примера сталь эвтектоидного состава со структурой пластинчатого перлита.

% С

γ

α

α

Ц

γ+к

% С

α

Ц

Сγ-α

Сγ-ц

t1

γ

0,8

0,02

6,67

P

S

K

одновременном росте зародышей γ фазы как в сторону феррита, так

и в сторону цементита. Скорость перемещения границы растущей фазы можно оценить по формуле:

, где

ΔС – перепад концентрации на границе раздела двух фаз.

Как видно из диаграммы состояния, перепад концентрации углерода на границе раздела цементит-аустенит больше такового на границе аустенит-феррит, следовательно скорость роста аустенитного участка в сторону феррита будет больше, чем в сторону цементита.

В процессе превращения исчезает сначала феррит, затем цементит. После растворения цементитных частиц концентрация углерода в различных участках аустенита неодинакова: в тех местах, где раньше располагался феррит она понижена, а на месте бывших цементитных пластин – повышена. При дальнейшей выдержке происходит выравнивание концентрации углерода по объему аустенита.

Таким образом, процесс аустенитизации в эвтектоидных сталях включает:

- образование зародышей аустенита и их рост за счет феррита и цементита

- исчезновение феррита

- растворение оставшегося цементита

- гомогенизация аустенита при увеличении температуры или дальнейшей выдержке.

удобно представить в виде обобщенной диаграммы, на которой в координатах

температура-время наносятся кривые, характеризующие начало образования аустенита, момент исчезновения феррита, растворения карбидов и окончательную гомогенизацию аустенита.

1 – начало образования аустенита;
2 – исчезновение феррита;
3 – растворение карбидов;
4 – гомогенизация аустенита.

к концу α – γ превращения формируется аустенитное зерно определенного

размера. Его принято называть начальным зерном аустенита. При исходной феррито – карбидной структуре стали размер начального зерна определяется числом зародышей аустенита и линейной скоростью их роста.
В сталях со структурой зернистого или пластинчатого перлита возникает много зародышей аустенита вследствие значительной протяженности межфазных границ. Разрастаясь до столкновения, зародыши не могут достичь значительных размеров и начальное аустенитное зерно оказывается мелким.

Т

время

А 1

протяженностью границ и, следовательно, повышенным уровнем свободной энергии. Поэтому при

дальнейшем нагреве или изотермической выдержке будут идти процессы роста начального аустенитного зерна.

Собирательная рекристаллизация – процесс роста одних зерен за счет других путем миграции высокоугловых границ.

Вторичная рекристаллизация – процесс, при котором почти все зерна укрупняются медленно, но некоторые достигают значительных размеров.

аустенитного зерна можно разделить на наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые.

В наследственно крупнозернистых зерно начинает быстро и более – менее равномерно расти уже при небольших нагревах выше температуры А3. В наследственно мелкозернистых сталях мелкое зерно сохраняется до температур нагрева, значительно превышающих А3, но по достижении некоторой температуры начинается бурный рост отдельных зерен и формируется разнозернистая структура.

средний размер зерна

температура

А1

А3

Тогр

наследственно мелкозернистые стали

наследственно крупнозернистые стали

исходное зерно

начальное зерно

действительное зерно (для конкретного режима ТО)

цементитной структуре.
А1
Мн
Т
lg т
lg т
Т