2.2. Отжиг второго рода
2.2.1.Аустенитное превращение
Линия PSK на диаграмме железо - углерод, соответствующая развитию прямого и обратного эвтектоидного превращения проходит параллельно оси концентраций практически через всю диаграмму. Этой линии отвечает первая критическая точка Ас1. Эвтектоидные превращения, кроме технически чистого железа, развиваются во всехжелезо-углеродистых сплавах: сталях и чугунах.
Обратное эвтектоидное (аустенитное) превращение происходит при перенагреве сплава со структурой перлита выше температуры эвтектоидного превращения (выше точки Ас1). В этих температурных условиях меньшим уровнем свободной энергии обладает аустенит, в связи с чем появляется термодинамический стимул превращения эвтектоидной феррито-цементитной смеси в аустенит. Перенагрев выше температуры эвтектоидного превращения практически немедленно приводит к появлению зародышей аустенита, которые далее растут по диффузионным механизмам, что требует затрат определенного времени. Рост аустенитного зародыша приводит к одновременному растворению пластин феррита и цементита, причем, ферритные пластинки растворяются быстрее, чем цементитные, что отражается на кинетике развития аустенитного превращения (рис. 1.3).
На кинетических диаграммах этого превращения каждый из этапов превращения выражается соответствующей кривой, определяя температурновременные интервалы протекания тех или иных структурных изменений. Как следует из приведенных диаграмм, образование зародышей аустенита (линия 1) происходит при очень небольших степенях перенагрева, не зависящих практически от скорости нагрева стали. 2-й этап превращения, имеющий диффузионную кинетику, требует уже заметных затрат времени для растворения ферритных пластин в растущем аустенитном зародыше. При температуре нагрева Тн это время, однако, невелико. Оно соответствует длительности, отмеченной точкой а на схеме а. Растворение цементитных пластин требует большего времени.
Окончание этого этапа отмечено точкой b на том же рисунке. Наиболее длительным этапом является гомогенизация аустенита (точка с).
Рисунок 1.3. Кинетические диаграммы развития аустенитного превращения в эвтектоидной (а) и доэвтектоидной (б) сталях: 1,2,3,4 -этапы аустенитного превращения: 1 - образование зародышей аустенита; 2 - окончание растворения ферритных пластин; 3 - то же, цементитных; 4 - окончание гомогенизации аустенита; 5 -этап растворения избыточного феррита в доэвтектоидной стали; 6 – гомогенизация аустенита после растворения в нем избыточной фазы.
На схеме б видно, что дополнительное время необходимо для растворения избыточной фазы (например, феррита в доэвтектоидной стали или вторичного цементита - в заэвтектоидной). Этому дополнительному этапу превращения соответствует кривая 5. После растворения избыточной составляющей аустенит вновь оказывается неоднородным по составу, поэтому последним этапом превращения опять становится гомогенизация (кривая 6), которая требует наибольших временных затрат.
Таким образом, при любых видах термической обработки, включая отжиг второго рода и процессы закалки, длительность выдержки в аустенитном состоянии назначают исходя из длительности самого медленно протекающего превращения - гомогенизации аустенита, имея в виду, что все предшествующие этапыпревращения успевают развиваться в течение назначенного времени.
В ряде случаев при применении скоростных методов нагрева до температур аустенитного состояния оказывается невозможным произвести выдержку для полного завершения диффузионных процессов, предусмотренных кинетической диаграммой. В этом случае используют непрерывный нагрев до более высоких температур, уровень которых зависит от скорости нагрева. На схеме а три наклонные кривые обозначают нагрев со скоростями V1>V2>V3. При анализе превращений, протекающих при непрерывном нагреве с этими скоростями, можно видеть, что чем больше скорость нагрева, тем при более высоких температурах завершается превращение, включая гомогенизацию аустенита.
Этот вывод очень важен для определения температурных режимов термической обработки с нагревом токами высокой частоты (ТВЧ), газопламенных технологий, а также новых процессов с использованием высококонцентрированных источников энергии, в том числе плазменного, лазерного нагрева и др.