производство и поставка оборудования для механических испытаний, неразрушающего контроля, химического анализа и визуального контроля, диагностического оборудования, приборов визуального контроля, систем контроля доступа персонала, элементов систем умного производства. Испытательная лаборатория. Сервисный центр

Глава 5.1/ 5.1.2. Превращения в стали при нагреве

Превращения, т.е. изменение структуры (фазового состава), происходят при нагреве сплавов до критических точек — температур фазовых превращений. Именно эти температуры определяют режимы нагрева сталей и чугунов при термической обработке.

В соответствии с диаграммой состояния Fe — Fe3C (см. рис. 4.2) выделим следующие критические точки:

  • А1 — геометрическое место точек на линии PSK, т.е. для всех сплавов эта температура одинакова — 727°С. При нагреве до этой температуры происходит превращение перлита в аустенит;
  • А3— геометрическое место точек на линии GS, при нагреве до этой температуры заканчивается полиморфное превращение феррита в аустенит. Для разных сплавов (сталей) эта температура неодинакова, она понижается по мере повышения содержания углерода;
  • Аm — геометрическое место точек на линии SE, при нагреве до этой температуры заканчивается растворение цементита в аустените (при нагреве растворимость углерода в аустените повышается). Для разных сплавов (сталей) эта температура неодинакова, она повышается по мере увеличения содержания углерода.

Температуры превращений (критические точки) на практике несколько отличаются от равновесных температур, приведенных на диаграмме: при нагреве они несколько выше, при охлаждении — ниже. Чтобы отличить критические точки при охлаждении и нагреве, их дополнительно обозначают индексами: с при нагреве (Аc1, Ас3, Асm) и r при охлаждении (Аr1, Ar3, Аrm).

Рассмотрим стальной угол диаграммы Fe — Fe3C (рис. 5.1). Превращение перлита в аустенит (П[Ф + Ц] →А) при весьма медленном нагреве может завершиться при температуре 727 °С, т.е. в полном соответствии с диаграммой Fe — Fe3C. Этот процесс протекает в результате образования зародышей кристаллов аустенита из феррита путем изменения кристаллической решетки, или перекристаллизации (исходная ОЦК решетка феррита, конечная ГЦК решетка аустенита), их последующего роста и растворения цементита в аустените. Это превращение носит диффузионный характер и сопровождается перемещением атомов углерода.

Рис. 5.1. Стальной угол диаграммы состояния сплава железо — цементит

Зародыши аустенита возникают на границах раздела кристаллов феррита и цементита (рис. 5.2). С увеличением степени перегрева относительно точки Ас1 превращение перлита в аустенит ускоряется (рис. 5.3). Так, повышение температуры с 740 до 800 °С приводит к увеличению скорости возникновения зародышей аустенита примерно в 280 раз и скорости их роста примерно в 80 раз.

Окончание процесса превращения характеризуется образованием аустенита и исчезновением перлита. Вновь 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 были пластинки феррита.

Для получения однородного (гомогенного) аустенита необходимо нагреть сталь выше Ас1 и дать выдержку для завершения диффузионных процессов. Скорость превращения перлита в аустенит зависит не только от температуры нагрева, но также от дисперсности цементита и его формы. Чем мельче частицы цементита, тем быстрее протекает превращение перлита в аустенит.

Рис. 5.2. Схема превращения перлита в аустенит при нагреве

Рис. 5.3. Влияние температуры нагрева на скорость превращения перлита в аустенит: t — температура; т — время; А — аустенит; П — перлит; Ц — цементит; ц и Vj — скорости нагрева; Ал — критическая точка (точка Кюри)

При нагреве доэвтектоидных сталей (С <0,8%) с исходной структурой, состоящей из феррита и перлита, происходят следующие структурные превращения. При температуре 727 °С происходит превращение перлита в аустенит. При этом сохраняется двухфазная структура из аустенита и феррита. При дальнейшем нагреве происходит превращение феррита в аустенит, которое заканчивается при достижении температуры, соответствующей критической точке Ас3, т.е. на линии GS (см. рис. 5.2).

У заэвтектоидных сталей (С > 0,8 %) при нагреве до температуры Асt (727 °С, линия PSK) также происходит превращение перлита в аустенит. Одновременно при этой температуре начинается растворение цементита в аустените (в соответствии с линией SE), которое заканчивается при температуре, соответствующей критической точке Асm, т.е. на линии SE.

Зарождение зерен аустенита происходит по границам зерен перлита. Эти границы имеют большую протяженность, поэтому превращение перлита в аустенит начинается с образования большого числа зародышей, следовательно, после окончания превращения образуется большое количество зерен аустенита малой величины (см. под разд. 2.7).

Размер аустенитного зерна по завершении превращений определяет величину начального зерна аустенита. Дальнейший нагрев или выдержка вызывают рост аустенитного зерна. Размер зерна, полученный в результате той или иной термической обработки, называется размером действительного зерна.

Различают два типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые. Наследственность в данном случае — это склонность к росту аустенитного зерна.

Наследственно мелкозернистые стали характеризуются малой склонностью к росту аустенитного зерна при нагреве, наследственно крупнозернистые, наоборот, — повышенной (рис, 5.4).

Рис. 5.4. Схема роста зерна стали при нагреве:

1 — наследственно мелкозернистая сталь; 2 -наследственно крупнозернистая сталь; А1 — температура превращения перлита в аустенит

Рис. 5.5. Шкала крупности зерна стали (100х): 1—8 — баллы зернистости зерна

При переходе через критическую точку Aci получаем структуру аустенита с мелким зерном. При дальнейшем нагреве зерно аустенита наследственно мелкозернистой стали не растет до температур 950... 1000°С. У крупнозернистой стали рост зерна начинается при температуре, близкой к критической точке.

На практике наследственную зернистость определяют по шкале зернистости (рис. 5.5). Для этого сталь нагревают до таких температур, при которых у наследственно мелкозернистой стали зерно еще не растет, а у крупнозернистой уже выросло (930 °С), а после охлаждения определяют величину зерна.

У наследственно мелкозернистых сталей величина зерна соответствует баллам от 5 до 8, у наследственно крупнозернистых — от 1 до 4 баллов.

Эксплуатационные свойства стали определяются действительным размером зерна. Крупное зерно в стали не влияет на твердость, но снижает прочность и ударную вязкость.

Некоторые технологические свойства, напротив, определяются наследственным зерном. Так, наследственно мелкозернистую сталь можно прокатывать (ковать) при более высоких температурах, когда сталь обладает большей пластичностью. Наследственно мелкозернистая сталь более технологична при термической обработке — у нее более широкий интервал закалочных температур, потому что такая сталь не склонна к перегреву (см. рис. 5.4).

С 2011 года научно-производственное предприятие «УКРИНТЕХ» успешно работает и развивается в области контроля качества материалов и изделий.

Контакты

ООО НПП "Укринтех":
г. Харьков, ул.Ковтуна, д.50, корпус "А-5"

Для почты:
а/я 2304, Харьков-1, 61001, Украина

ООО НПП "Укринтех"
+38 (050) 499-09-89; +38 (067) 560-89-39
+38 (067) 575-45-10; +38 (057) 768-09-02

"ЦНИ Лаборатория"
+38 (098) 262-48-92

Компания

Производство и поставка
испытательного оборудования, оборудования для металлографии, приборов НК и др.

Сервисный центр
Ремонт, сервисное обслуживание и модернизация оборудования.

Центр независимых исследований
Аккредитованная испытательная лаборатория.