Рост зерна аустенита. Мелкозернистые и крупнозернистые стали.

Первые зерна образуются на границе между ферритом и цементитом - структурными составляющими перлита. В 1 см. кв. площадь граница между ферритом и цементитом составляет несколько м. кв., из-за чего превращение начинается с образования множества зерен и образуется большое число малых зерен аустенита. Размер этих зерен характеризует так называемую величину н а ч а л ь н о г о зерна аустенита. Дальнейший нагрев (или выдержка) по окончании превращения вызывает рост аустенитных зерен. Рост зерна - самопроизвольный процесс. Различают два типа сталей: наследственно мелкозернистую и наследственно крупнозернистую; первая характеризуется малой скоростью к росту зерна, вторая повышенной склонностью.

перлит

а

У с

т е н и

т

Рис. 36. Схема изменения размера зерна перлита в зависимости от нагрева в аустенитной области

Переход через критическую точку А1 сопровождается резким уменьшением зерна. При дальнейшем нагреве зерно из мелкозернистой стали не растет до 950 - 1000 С, после чего устраняются факторы, препятствующие росту, и зерно начинает быстро расти. У крупно зернистой стали рост начинается после перехода через критическую точку. Размеры перлитных зерен тем больше, чем крупнее зерна аустенита. Последующие охлаждение не измельчает размер зерен.

Различают три типа зерна стали: н а ч а л ь н о е зерно, размер зерна аустенита в момент окончания перлито - аустенитного превращения; н а с л е д с т в е н н о е зерно (природное) зерно - склонность аустенитных зерен к росту; д е й с т в и т е л ь н о е зерно - размер зерна аустенита в данных конкретных условиях.

Сталь раскисленная только ферромарганцем (кипящая сталь) или ферромарганцем и ферросилицием наследственно крупнозернистая сталь, а сталь, дополнительно раскисленная алюминием, - мелкозернистая. Природу мелкозернистости объясняет теория барьеров. Алюминий, введенный в жидкую сталь незадолго до ее разливки по изложницах, образует с растворенными в жидкой стали азотом и кислородом частицы нитридов и оксидов (AlN, Al2O3). Эти соединения растворяются в жидком металле, а

после кристаллизации выделяются в виде мельчайших частиц на поверхности зерен, препятствую их росту за счет движения границ.

Понятия о превращениях в переохлажденном аустените (перлитное, бейнитное, мартенситное). Метастабильные структуры.

Распад аустенита при охлаждении стали сопровождается двумя процессами: снижение температуры (увеличение переохлаждения), с одной стороны, увеличивает разность свободных энергий аустенита и перлита, что ускоряет превращение, а с другой стороны, уменьшает скорость диффузии углерода D, а это замедляет превращение. При высокой скорости охлаждения становится возможным бездиффузионное превращение аустенита в ферритоподобную структуру с содержанием углерода наследуемым из аустенита. Такое превращение получило название мартенсита. Протекает в металлических сплавах с полиморфными превращениями. На рис. 37. показана кристаллическая ячейка мартенсита. Мартенсит это пересыщенный твердый раствор углерода в α- железе. Решетка мартенсита тетрагональная. Увеличение содержания углерода увеличивает тетрагональность, степень искажения решетки и твердость мартенсита. Последний имеет пластинчатое строение, однако при исследовании шлифов они воспринимаются как иглы из-за высокой дисперсности строения. Мартенситное превращение носит с д в и г о в о й характер.

Рис. 37.

Время, с

Рис. 38.

аА аЗ а5 а2 аб а1 время

Рис. 39.

Рис. 37. Ячейка мартенсита. Рис. 38. Кинетическая кривая превращения перлита в аустенит. Рис. 39. Кинетические кривые превращения аустенита в перлит при различных температурах.

Процесс образования перлита - это процесс зарождения центров перлита и роста
перлитных кристаллов. Для этого нужны надлежащие физические условия: Процесс
происходит во времени и может быть изображен в виде так называемой кинетической
кривой превращения, показывающей количество образовавшегося перлита за время
превращения. Рис. 38. Точка а на кривой показывает момент, когда обнаруживается
начало превращения, а точка b - завершение превращения. На положение кривых
оказывает влияние степени переохлаждения. Рис. 39. При высокой температуре t1
(малая степень переохлаждения) превращение развивается медленно и

продолжительность инкубационного периода и время превращения сокращаются. Максимум скорости превращения соответствует температуре t4, дальнейшие снижение температуры приведет уже к уменьшению скорости превращения. Кинетические кривые превращения аустенита в перлит полученные для разных температур используются для построения диаграмм изотермического превращения аустенита.