Главная / Теория термической обработки металлов / Отжиг второго рода / Отжиг сталей / Возникновение аустенита на межфазной границе

Возникновение аустенита на межфазной границе

Возникновению аустенита на межфазной границе Ф/Ц способствует также уменьшенный здесь размер критического зародыша новой фазы (смотрите Гомогенное и гетерогенное зарождение фаз).

Картина роста сформировавшихся зародышей аустенита более ясна. Рассмотрим изотермическое перлито-аустенитное превращение при температуре Т1 на рисунке. При этой температуре в соответствии с диаграммой состояния на границе с ферритом равновесная концентрация аустенита должна изображаться точкой a и на границе с цементитом — точкой b.

Внутри аустенитного зерна устанавливается градиент концентраций ab. На границе аустенита с цементитом имеется большой скачок концентрации углерода bK, а на границе с ферритом — меньший скачок оа (на схеме концентрация углерода в феррите принята равной нулю).


Участок диаграммы

Участок диаграммы

Участок диаграммы состояния Fe — С (а) и схема распределения
концентрации углерода в аустените во время перлито-аустенитного
превращения при температуре Т1 (б).


Скорость изотермического роста аустенитного зерна контролируется диффузией углерода от границы А/Ц к границе А/Ф, выравнивающая диффузия понижает концентрацию углерода в аустените на границе А/Ц, сдвигая состав аустенита влево от точки b на рисунке.

Аустенит при этом становится ненасыщенным по отношению к цементиту, который растворяется, восстанавливая равновесную концентрацию точки b. На границе с ферритом выравнивающая диффузия повышает концентрацию углерода в аустените, сдвигая ее вправо от точки а на рисунке, а.

Аустенит при этом становится ненасыщенным по отношению к ферриту, который растворяется в аустените, повышая в нем концентрацию железа до равновесного состава точки а. Таким образом, аустенитное зерно разрастается в сторону и феррита, и цементита.

Скорость перемещения межфазной границы при росте одной фазы за счет другой обратно пропорциональна скачку концентраций на границе (на величину этого скачка должна измениться концентрация элемента в приращенном объеме).

Так как скачок концентраций на границе А/Ф примерно на порядок меньше, чем на границе А/Ц (oa<< bK), то скорость роста аустенитного зерна в сторону феррита намного больше, чем в сторону цементита. В результате к моменту исчезновения ферритных промежутков перлита всегда остается неполностью растворившийся цементит.

Собственно перлито-аустенитное превращение заканчивается с исчезновением ферритных промежутков. Затем продолжается растворение остатков цементита. По окончании его растворения аустенит неоднороден по концентрации углерода. В тех местах, где ранее находился цементит, концентрация углерода в гамма-растворе повышена. Для выравнивания состава аустенита требуется дополнительное время после окончания фазового превращения.

Если в исходной структуре находится свободный, избыточный феррит, то граница аустенитного зерна продвигается и в его сторону. Но размер зерен свободного феррита на один-два порядка больше толщины ферритных промежутков в перлите.

Поэтому время исчезновения свободного феррита превышает время исчезновения остатков перлита. После исчезновения свободного феррита на месте его зерен концентрация углерода в аустените понижена и идет процесс выравнивания состава внутри аустенитных зерен.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Патентирование

Для получения высокопрочной канатной, пружинной и рояльной проволоки применяют изотермическую обработку, которая известна с 70-годов XIX в. и получила название патентирования. Проволоку из углеродистых сталей, содержащих от 0,45 до 0,85%С, нагревают в проходной печи до температуры на 150 — 200 °С выше Ас3, пропускают через свинцовую или соляную ванну с температурой 450 — 550 °С…

Изотермический отжиг

Малая степень переохлаждения аустенита, необходимая при отжиге, может быть получена не только при непрерывном охлаждении стали с печью. Другой путь — ступенчатое охлаждение с изотермической выдержкой в интервале перлитного превращения (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали). Такая термообработка называется изотермическим отжигом. После нагрева до температуры выше А3 сталь ускоренна охлаждают до температуры…

Нормализация

При нормализации сталь нагревают до температур на 30 — 50 °С выше линии GSE и охлаждают на воздухе (смотрите рисунок Температура нагрева сталей для отжига 2-го рода). Ускоренное по сравнению с отжигом охлаждение обусловливает несколько большее переохлаждение аустенита (смотрите рисунок Основные разновидности отжига 2-го рода доэвтектоидной стали). Поэтому при нормализации получается более тонкое строение эвтектоида…

Влияние режима сфероидизирующего отжига

Для режима сфероидизирующего отжига заэвтектоидных сталей характерен узкий температурный «интервал отжигаемости». Нижняя его граница должна находиться немного выше точки А1, чтобы образовалось большое число центров выделения карбида при последующем охлаждении. Верхняя граница не должна быть слишком высокой, так как иначе из-за растворения в аустените центров карбидного выделения при охлаждении образуется пластинчатый перлит. Так как точки…

Сфероидизирующий отжиг

Для заэвтектоидных сталей полный отжиг с нагревом выше Аст (линия ES) вообще не используют, так как при медленном охлаждении после такого нагрева образуется грубая сетка вторичного цементита, ухудшающая механические и другие свойства. К заэвтектоидным углеродистым сталям широко применяют отжиг с нагревом до 740 — 780 °С и последующим медленным охлаждением. После такого нагрева в аустените…