5.6.4. Структурные классы легированных сталей в равновесном состоянии

Основные структурные классы легированных сталей в равновесном состоянии (рис.27):

1. Перлитный - углеродистые и низколегированные стали:

доэвтектоидные стали, структура П+Ф;

эвтектоидные стали, структура П;

заэвтектоидные стали, структура П+К.

2. Аустенитный - стали с высоким содержанием γ-стабилизаторов, структура аустенит легированный (АЛ);

3. Ферритный - стали с высоким содержанием α-стабилизаторов, структура феррит легированный (ФЛ);

4. Ледебуритный (карбидный) - стали с высоким содержанием углерода и легирующих элементов, структура Л+П+КII.

а) б)

Рис. 27. Диаграммы структурных классов легированных сталей: а – стали, легированные -стабилизаторами, б – стали, легированные-стабилизаторами

Зная химический состав стали, по диаграммам (рис. 27) можно определить структурный класс стали в равновесном состоянии.

6. Теория термической обработки стали

Термообработка стали основана на фазовых превращениях в твёрдом состоянии при нагреве и охлаждении:

Превращение перлита в аустенит при нагреве.

Превращения аустенита при охлаждении:

перлитное,

мартенситное,

бейнитное.

Превращения мартенсита при нагреве.

Условные обозначения основных критических линий диаграммы железо-цементит, использующиеся при термообработке: АС1(PSK); АС3(GS); Acm(SE).

6.1.Превращение перлита в аустенит при нагреве

При нагреве эвтектоидной стали выше линии АС1 (727˚С) перлит превращается в аустенит:

П (Ф0,02%С+Ц6,67%С)→А0,8%С.

Превращение является результатом двух одновременно протекающих процессов:

полиморфного превращения;

диффузионного растворения цементита в аустените. Для выравнивания концентрации углерода в аустените требуется время (гомогенизация).

Начальное зерно аустенита – это зерно, полученное при 727°С, оно всегда мелкое (рис. 32).

Рис. 32. Схема роста аустенитного зерна при нагреве: НМЗ – наследственно мелкозернистая сталь, НКЗ – наследственно крупнозернистая

При нагреве зерно растет. Действительное зерно аустенита – это зерно, полученное при данной температуре, его размер зависит от температуры нагрева, времени выдержки и наследственности стали. Стали наследственно крупнозернистые (НКЗ) при производстве раскислены марганцем. При нагреве рост зерна в них начинается сразу выше АС1. Стали наследственно мелкозернистые (НМЗ) раскислены марганцем, кремнием и алюминием. Нитрид алюминия AlN, располагаясь по границам зёрен, тормозит их рост. При нагреве до 1000-1100˚С зерно растёт незначительно, но при более высоких температурах частицы AlN растворяются в аустените, и зерна аустенита резко растут.

При последующем охлаждении размер действительного зерна сохраняется, независимо от протекающих фазовых превращений.

Перегрев стали – это нагрев до температур, значительно превышающих температуры фазовых превращений (1000…1100˚С), в результате чего формируется крупнозернистая структура, ухудшаются механические свойства стали. Перегрев можно исправить повторным нагревом до температур, немного выше температуры фазовых превращений (Ас3 или Асm).

Нагрев до ещё более высоких температур в окислительной атмосфере, вызывает пережог стали. Происходит образование оксидов железа по границам зерен, резко повышается хрупкость. Пережог неисправим.