Фазовые превращения в стали при нагреве

1. Фазовые превращения в стали при нагреве

2.

Превращения при нагреве
2. Нагрев выше критических точек. Образование аустенита.
Превращение феррито - карбидной структуры в аустенит происходит до температур, лежащих выше
эвтэктоидной линии PSK. Зародыши аустенита преимущественно возникают на различных поверхностях
раздела. Наиболее легко они образуются на межфазных границах феррит-цементит, где повышена
концентрация углерода. Рассмотрим для примера сталь эвтектоидного состава со структурой
пластинчатого перлита.
6,67
%С
γ
γ+к
Ц
t1
α
P
K
S
0,02
%С
Сγ-α
0,8
γ
α
Сγ-ц
α
Ц

3.

Превращения при нагреве
Таким образом, образование аустенита заключается в одновременном росте зародышей γ фазы как в
сторону феррита, так и в сторону цементита. Скорость перемещения границы растущей фазы можно
оценить по формуле:
V kD
dc dx
C
γ
, где
γ+к
ΔС – перепад концентрации на границе раздела двух фаз.
Как видно из диаграммы состояния, перепад концентрации
углерода на границе раздела цементит-аустенит больше
такового на границе аустенит-феррит, следовательно
скорость роста аустенитного участка в сторону феррита
будет больше, чем в сторону цементита.
t1
α
P
K
S
%С
Сγ-α
0,8
Сγ-ц
В процессе превращения исчезает сначала феррит, затем цементит. После растворения цементитных
частиц концентрация углерода в различных участках аустенита неодинакова: в тех местах, где раньше
располагался феррит она понижена, а на месте бывших цементитных пластин – повышена. При
дальнейшей выдержке происходит выравнивание концентрации углерода по объему аустенита.
Таким образом, процесс аустенитизации в эвтектоидных сталях включает:
- образование зародышей аустенита и их рост за счет феррита и цементита
- исчезновение феррита
- растворение оставшегося цементита
- гомогенизация аустенита при увеличении температуры или дальнейшей выдержке.

4.

Превращения при нагреве
Кинетику образования аустенита в изотермических условиях удобно представить в виде
обобщенной диаграммы, на которой в координатах температура-время наносятся кривые,
характеризующие начало образования аустенита, момент исчезновения феррита,
растворения карбидов и окончательную гомогенизацию аустенита.
1 – начало образования аустенита;
2 – исчезновение феррита;
3 – растворение карбидов;
4 – гомогенизация аустенита.

5.

Превращения при нагреве
Рост аустенитного зерна при нагреве.
При нагреве, к концу α – γ превращения формируется аустенитное зерно определенного
размера. Его принято называть начальным зерном аустенита. При исходной феррито –
карбидной структуре стали размер начального зерна определяется числом зародышей
аустенита и линейной скоростью их роста.
В сталях со структурой зернистого или пластинчатого перлита возникает много зародышей
аустенита вследствие значительной протяженности межфазных границ. Разрастаясь до
столкновения, зародыши не могут достичь значительных размеров и начальное аустенитное
зерно оказывается мелким.
Т
А1
время

6.

Превращения при нагреве
Образовавшаяся мелкозернистая аустенитная фаза обладает значительной
протяженностью границ и, следовательно, повышенным уровнем свободной
энергии. Поэтому при дальнейшем нагреве или изотермической выдержке
будут идти процессы роста начального аустенитного зерна.
Собирательная рекристаллизация – процесс
роста одних зерен за счет других путем миграции
высокоугловых границ.
Вторичная рекристаллизация – процесс, при
котором почти все зерна укрупняются медленно, но
некоторые достигают значительных размеров.

7.

Превращения при нагреве
Все стали по склонности к росту аустенитного зерна можно разделить на наследственно
крупнозернистые и наследственно мелкозернистые. В наследственно крупнозернистых
зерно начинает быстро и более – менее равномерно расти уже при небольших нагревах
выше температуры А3. В наследственно мелкозернистых сталях мелкое зерно сохраняется
до температур нагрева, значительно превышающих А3, но по достижении некоторой
температуры начинается бурный рост отдельных зерен и формируется разнозернистая
структура.
действительное зерно
(для конкретного
режима ТО)
средний размер зерна
исходное зерно
наследственно мелкозернистые стали
начальное
зерно
А1
наследственно крупнозернистые стали
А3
Тогр
температура

8.

Превращения при нагреве
Общая схема формирования зерна при исходной феррито – цементитной структуре.
Т
Т
А1
Мн
lg т
lg т