9.3. Термическая обработка сплавов с переменной растворимостью и полиморфным превращением (стали)
Основные фазовые превращения, влияющие на структуру и свойства сталей:
- превращения при нагреве до аустенитного состояния – фазовая перекристаллизация,
- превращения аустенита при различных степенях переохлаждения,
- превращения при нагреве закаленных сталей.
9.3.1.Превращения при нагреве до аустенитного состояния
В зависимости от условий нагрева можно получить зерно аустенита различного размера. Продукты превращения мелкозернистого аустенита имеют более высокие пластичность и вязкость, чем крупнозернистого.
Зарождение кристаллов при распаде аустенита происходит преимущественно на границе зерен, поэтому чем меньше зерно аустенита, тем больше будет возникать зародышей и тем мельче будут новые зерна.
В доэвтектоидных сталях исходной равновесной структурой будут феррит и перлит.
При достижении температуры АС1 (рис.9.3) в сталях начинается превращение перлита в аустенит. Кристаллы образуются преимущественно на межфазных поверхностях раздела феррита с цементитом. Одновременно идет и превращение α→γ и растворение в Feγ углерода цементита. При этом происходит измельчение зерна стали. В каждой перлитной колонии зарождается несколько зерен аустенита.
В стали эвтектоидного состава перекристаллизация заканчивается после превращения перлита в аустенит. В до- и заэвтектоидных сплавах после перехода перлита в аустенит в структуре сохраняются избыточные структурные составляющие – феррит и цементит, соответственно.
Повышение температуры стали в однофазной аустенитной области ведет к укрупнению зерен аустенита – происходит процесс собирательной рекристаллизации.
Скорость роста аустенитных зерен при перегреве выше температуры АС3 или АСст неодинакова у разных сталей. Она зависит от наличия легирующих элементов и от способа раскисления (удаления кислорода).
В зависимости от скорости роста аустенитных зерен различают стали природно-крупнозернистые и природно-мелкозернистые. Природно-мелкозернистые стали раскислялись алюминием, либо содержат карбидообразующие элементы (Ti, V). Природно- крупнозернистые раскислялись ферросицилием и ферромарганцем.
Стали, имеющие грубую крупнозернистую структуру, вследствие высокотемпературных нагревов, называются перегретыми. Перегрев исправляют повторной аустенизацией с нагревом до более низкой температуры.
Рис. 9.3. Оптимальные температуры нагрева под закалку доэвтектоидных
и заэвтектоидных (а), а также высоколегированных ледебуритных сталей (б)
9.3.2. Превращения аустенита при различных степенях переохлаждения
Фазовые превращения, происходящие в стали при медленном охлаждении из аустенитного состояния показаны на рис.9.4.
Увеличивая скорость охлаждения стали, или вводя в нее легирующие элементы, можно повысить степень переохлаждения аустенита, т.е. понизить температуру его превращения. От степени переохлаждения аустенита зависит структура и свойства продуктов превращения.
Процессы распада переохлажденного аустенита подразделяют на перлитное, промежуточное и мартенситное превращения. Первые два являются диффузионными, третий – бездиффузионный процесс.
Рис. 9.4. Превращение аустенита при различных степенях переохлаждения