Аустенита при нагреве

При нагреве сталей выше Ас_г происходит превращение пер­лита в аустенит. Как правило, кристаллы аустенита (рис. 4.2, б) зарождаются на межфазных поверхностях раздела феррита с це­ментитом; в аустените растворяется углерод распадающегося цементита.

Превращение перлита в аустенит состоит из двух параллельно идущих процессов: полиморфного (а —> у)-перехода и растворения в Fe_yуглерода из распадающихся кристаллов цементита. Поли­морфное превращение идет с более высокой скоростью, поэтому после завершения превращения аустенит сохраняет неоднород­ность по углероду, для устранения которой требуется время (вы­держка). Для определения длительности превращения используют диаграмму изотермического превращения перлита в аустенит (рис. 4.2, а), из которой видно, что чем меньше температура, тем больше времени необходимо для завершения процесса. Лучи на диаграмме соответствуют нагреву с различными скоростями (V, < у_%<V_a).

В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчи­вается после завершения превращения перлита в аустенит. В до-

а

Рис. 4.2. Диаграмма изотермического превращения перлита в аустенит в эвтектоидной стали (а) и схема зарождения и роста кристаллов аусте­нита (б)

t, ° С 800
и заэвтектоидных сталях после превращения перлита в аустенит в структуре сохраняются соответственно феррит и цементит. В до- эвтектоидных сталях при нагреве от Ac_tдо Ас₃ происходит пре­вращение феррита в аустенит, а в заэвтектоидных при нагреве от Acjдо Ac_CT— растворение вторичного цементита в аустените.

При нагреве выше критической точки Ас_х из перлита, незави­симо от размеров его зерен, образуются мелкие зерна аустенита, которые называют начальными зернами (рис. 4.3). Повышение температуры стали приводит к росту зерна аустенита, так как происходит процесс собирательной рекристаллизации. Скорость роста аустенитных зерен при нагреве выше температур Ас₃ и Ас_ст неодинакова у разных сталей и зависит от способа их раскисле­ния и наличия легирующих элементов. С учетом скорости роста аустенитных зерен различают стали наследственно крупнозер-

нистые и наследственно мелкозернистые. К наследственно крупнозернистым относятся стали, раскисленные ферросили­цием и ферромарганцем. В таких сталях по мере нагрева выше температур Ас₃ и Ас„ зерна аустенита быстро укрупняются.

К наследственно мелкозернистым относятся стали, допол­нительно раскисленные алюминием, а также легированные ти­таном, вольфрамом и ванадием. В этих сталях при нагреве до 1000-1100 °С зерна аустенита растут с малой скоростью. Такое поведение сталей объясняется тем, что присутствующие в них оксиды и нитриды алюминия, титана, ванадия, а также карби­ды титана и ванадия располагаются по границам зерен в виде мелких включений и механически препятствуют их росту при нагреве. При температурах выше 1000-1100 °С происходит рас­творение этих включений в аустените, в результате чего устра­няется препятствие для роста зерен.

От размера зерна аустенита, образовавшегося при нагреве до определенной температуры и получившего название действи­тельного, зависит степень дисперсности продуктов распада ау­стенита. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада при охлаждении получаются мелкими. Действительное аусте- нитное зерно определяют с помощью специальных металлогра­фических микроскопов, сравнивая его с эталоном по балльной шкале (ГОСТ 5639-82). Стали с зерном 1...5 баллов считаются крупнозернистыми, а 6...15 — мелкозернистыми. Размер дейст­вительного зерна оказывает влияние на прочностные, техноло­гические и эксплуатационные свойства стали.