Образование аустенита при нагревании

Механизм и кинетика аустенитизации

Перед отжигом углеродистых сталей исходной структурой чаще всего является ферритокарбидная смесь.

Из диаграммы состояния Fe — С видно, что основное превращение при нагревании — это переход перлита в аустенит при температурах выше точки A1 (727 °С).


Диаграмма состояния Fe — С

Диаграмма состояния Fe — С


Переход перлита в аустенит, его кинетика подчиняются основным закономерностям фазовых превращений, протекающих при нагревании.

Экспериментально установлено, что зародыши аустенита возникают на границах феррита с цементитом. Начальные этапы формирования зародышей аустенита экспериментально не изучены и о них имеются лишь предположения. Превращение αо.ц.к. → γг.ц.к. в чистом железе возможно только при температурах не ниже 911 °С. Если же феррит находится в контакте с цементитом, то в соответствии с диаграммой состояния α — γ-превращение должно идти при температурах, начиная с 727 °С. Аустенит при температуре несколько выше точки А1 содержит около 0,8%С, в то время как феррит в стали содержит сотые доли процента углерода.

Каким же образом возникает участок фазы с г. ц. к. решеткой и сравнительно высоким содержанием углерода?

Большинство гипотез зарождения аустенита исходит из флуктуационных представлений, причем формально рассматриваются два крайних случая. Во-первых, можно представить, что базой для зарождения аустенита являются флуктуации концентрации. Внутри феррита вероятность образования значительного числа флуктуационных участков критического размера ничтожна, так как атомов углерода здесь очень мало. На границе феррита с цементитом между фазами идет непрерывный обмен атомами (динамическое равновесие) и в приграничном слое (феррита намного больше вероятность флуктуационного возникновения участков критического размера с концентрацией около 0,8%С.

Такие участки при любом самом малом перегреве выше точки А1 претерпевают полиморфное α — γ-превращение твердого раствора и становятся устойчивыми центрами роста аустенитных зерен. Ниже точки А1 подобные участки в феррите также могут возникать, но в устойчивые центры роста аустенита они не превращаются, так как γ-peшетка здесь термодинамически нестабильна.

Другое предположение состоит в том, что при зарождении аустенита первичны не флуктуации концентрации, а флуктуационная перестройка решетки. Внутри феррита участки с γ-решеткой флуктуационного происхождения возникают и исчезают, а на границе с цементитом при температурах выше А1 в эти участки поступает углерод из карбида и если они имеют критический размер, то становятся устойчивыми центрами роста аустенита.

«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,…

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…

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…

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….

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…

Разновидности отжига сталей

Основной фактор, от которого зависит микроструктура стали после отжига 2-го рода, — это степень переохлаждения аустенита. Разновидности отжига 2-го рода различаются главным образом способами охлаждения и степенью переохлаждения аустенита, а…

Влияние легирующих элементов на перлитное превращение

Легирующие элементы оказывают чрезвычайно важное для практики влияние на кинетику распада аустенита. За исключением кобальта, все широко используемые легирующие элементы, растворенные в аустените (Cr, Ni,Mn, W, Mo, V и др.),…

Превращения аустенита в доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях

Выше рассматривалось превращение аустенита в стали эвтектоидного состава. В до- и заэвтектоидных сталях перлитному превращению должно предшествовать выделение избыточных фаз — феррита и вторичного цементита (смотрите рисунок Диаграмма состояния Fe…

Диффузионные превращения аустенита при охлаждении

Перлитное превращение Основное превращение, протекающее во время охлаждения при отжиге стали, — это эвтектоидный распад аустенита на смесь феррита с карбидом. Кинетика эвтектоидного превращения изображается С-образными кривыми на диаграмме изотермического…

Скорость роста эвтектоидной колонии и межпластиночное расстояние

Скорость роста колонии и межпластиночное расстояние (суммарная толщина пластин феррита и цементита или, что то же самое, расстояние между серединами ближайших одноименных пластин) постоянны при данной степени переохлаждения аустенита. Зинер…

Перлитное превращение в эвтектоидной стали

Весьма условное подразделение перлитных структур на собственно перлит, сорбит и троостит, хотя и устарело, но продолжает использоваться, особенно в практике термической обработки стали. Перлитное превращение в эвтектоидной стали протекает при…

Наследственно крупнозернистая сталь

В наследственно крупнозернистой стали зерно интенсивно растет при относительно небольших превышениях температуры над точкой Ac3. В наследственно мелкозернистой стали мелкое аустенитное зерно получается в широком диапазоне температур: от точки Ac3…