Превращения в стали при нагреве

Термическая обработка стали состоит в нагреве до определенной температуры, выдержке и охлаждении с определенной скоростью. В процессе выполнения этих операций в стали протекают сложные процессы, которые и определяют свойства после термической обработки.

На рисунке 3.1 показан фрагмент диаграммы состояния системы железо-цементит, где находятся углеродистые стали (стр.18). Линии на диаграмме имеют специальные обозначения. Линия А₁ (727⁰) показывает образование аустенита из перлита при нагреве, линия А₃ - конец растворения феррита в аустените, линия А_сm - конец растворения цементита в аустените.

При нагреве эвтектоидной стали при температуре А₁ перлит превращается в аустенит. Процесс превращения перлита в аустенит протекает путем зарождения в перлите многочисленных зерен аустенита и последующего их роста. Процесс заканчивается, когда зерна аустенита полностью заполняют объем исходного перлитного зерна (рис.4.1). Размер образовавшихся аустенитных зерен будет намного меньше исходного перлитного зерна. При дальнейшем повышении температуры зерна аустенита растут путем перемещения границ, а число зерен естественно уменьшается.

Размер зерен аустенита существенно влияет на размер зерен, которые получаются при охлаждении. Поэтому всегда стремятся, чтобы зерно аустенита при нагреве не успело вырасти.

Сильный рост зерна аустенита при нагреве называется перегревом стали. Перегрев можно исправить последующей термообработкой.

Если сталь нагревать еще выше, то по границам зерен происходит окисление металла и сталь теряет механическую прочность. Это явление называют пережогом.

Рисунок 4.1. – Схема образования аустенита при нагреве эвтектоидной стали.

а – исходная перлитная структурная (ниже А₁);

б – начало образования аустенита (выше А₁);

в – конец образования аустенита, так называемое начальное зерно аустенита;

г – рост зерна аустенита при нагреве (много выше А₁);

 

Превращения в стали при медленном охлаждении (отжиге или нормализации)

При понижении температуры ниже А₁ происходит распад аустенита на феррит и цементит.

А → Ф+Ц

Процесс распада аустенита на феррит и цементит носит диффузионный характер, так как сопровождается перемещением атомов углерода на сравнительно большие расстояния. Для этого требуется определенное время, и дисперсность продуктов распада аустенита будет зависеть от степени переохлаждения или скорости охлаждения.

При медленном охлаждении эвтектоидной стали формируется структура пластинчатого перлита. При увеличении скорости охлаждения распад аустенита будет происходить при более низких температурах. При этом скорость диффузии уменьшается, частички цементита не успевают вырасти, твердость повышается. Структуры с более мелкими частичками цементита (по сравнению с цементитом перлита) называются сорбитом и трооститом. Условия образования продуктов распада аустенита и их свойства условно можно представить в следующем виде (таблица 4.1).

 

Таблица 4.1 - Условия образования продуктов распада аустенита и их свойства.

Скорость охлаждения 0/сек.	Получаемая структура	Примерный размер частичек цементита, мм	Твердость, НВ
<50	Перлит	1 - 9*10-3	<260
50-100	Сорбит	1 - 9*10-4	260-300
100-150	Тростит	1 - 9*10-5	350-400

Таким образом, при сравнительно медленных скоростях охлаждения формируются структуры перлита, сорбита и троостита, состоящие из феррита и цементита, которые различаются только размером частичек цементита и твердостью.

В доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях распад аустенита протекает аналогично с той лишь разницей, что до начала образования перлита выделяется избыточный феррит (в доэвтектоидных сталях) или цементит (в заэвтектоидных сталях).

⇐ Предыдущая123456Следующая ⇒

Поделиться: