Превращение перлита в аустеншп

Лекция 6. Превращения аустенита при нагреве

Согласно нижней левой части диаграммы состояния железо—цементит (рисунок 6.1), при нагреве стали перлит превращается в аустенит при температуре критической точки А₁ (линия PSK, температура 727 °С). В действительности превращение перлита в аустенит (а также и обратное превращение аустенита в перлит) не может происходить при 727 °С, так как при этой температуре свободная энергия перлита равна свободной энергии аустенита (рисунок 6.2). Поэтому для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть обязательно немного выше равновесной температуры 727 °С, т. е. должен быть так называемый пере нагрев, так же какдля превращения аустенита в перлит должно быть обязательно некоторое переохлаждение.

Рисунок 6.1 – Нижняя часть диаграммы

состояния Fe- Fe₃C Рисунок 6.2 – зависимость

свободной энергии аустенита и перлита от температуры

Процесс превращения перлита в аустенит при нагреве в эвтектоидной стали (0, 8 % С) происходит следующим образом (рисунок 6.3). Сталь в исходном состоянии представляет смесь фаз феррита и цементита (рисунок 6.3 а). При нагреве несколько выше критической точки А₁ (727 °С) на границе ферритной и цементитной фаз начинается превращение a®g, приводящее к образованию низкоуглеродистого аустенита, в котором растворяется цементит (рисунок 6.3, б —г). Образующийся аустенит химически неоднороден. Концентрация углерода в аустените на границе с цементитом значительно выше, чем на границе с ферритом. Превращение a®g протекает быстрее, чем растворение цементита, поэтому, когда вся a-фаза (феррит) превратится в g-фазу (аустенит), цементит еще остается (рисунок 6.3, д). После растворения всего цементита превращение заканчивается (рисунок 6.3, е), но образовавшийся аустенит имеет неравномерную концентрацию углерода, уменьшающуюся от центра к периферии зерна. Только после дальнейшего повышения температуры или дополнительной выдержки аустенит в результате диффузии углерода становится однородным по всему объему. При наличии избыточного феррита в структуре доэвтектоидных сталей неоднородность образующегося при нагревании аустенита становится еще большей. Это объясняется тем, что избыточный феррит превращается в аустенит (a®g) при более высокой температуре, чем температура превращения перлита в аустенит ( a+ + Fe₃C®g). Образующийся позднее аустенит насыщается углеродом (путем диффузии) из расположенных рядом участков ранее образовавшегося аустенита. На скорость превращения перлита в аустенит влияют многие факторы: температура превращения, скорость нагрева, дисперсность исходной структуры, пластинчатая или зернистая форма цементита, химический состав стали.

Рис.6.3 – Схема аустенитных зерен

Влияние температуры и скорости нагрева на превращение перлита в аустенит показано на рисунке 6.4. С повышением температуры скорость перлито-аустенитного превращения увеличивается. Это объясняется тем, что превращение перлита в аустенит носит диффузионный характер, а с повышением температуры диффузионные процессы ускоряются.

При непрерывном нагреве (лучи v₁ — v₃, показывающие нагрев с какой-то определенной скоростью) превращение происходит в интервале температур между точками а и б. При нагреве со скоростью, соответствующей лучу v₁ пре вращение перлита в аустенит (/7 ® А) начинается в точке а' и заканчивается в точке б'. В точке в' завершается растворение цементита, а в точке г' — гомогенизация аустенита. Если скорость нагрева больше (луч v₂), то превращение П ® А начинается и заканчивается при более высоких температурах (точки а" и б"). При еще более высоких температурах (точки а'" и б'") начинается и заканчивается превращение П ® А при нагреве со скоростью, соответствующей лучу v₃..

	Рисунок 6.5 – Двойная сетка границ зерен, выявленная методом высокотемпературной металлографии, Х200 (по М.Г. Лозинскому)
Н – начало образования аустенита; К – окончание образования аустенита; Р – окончание растворения цементита; Г – окончание гомогенизации Рисунок 6.4 – Схема превращения перлита в аустенит при постоянной температуре и непрерывном нагреве

Таким образом, чем быстрее нагрев, тем при более высоких температурах начинается и заканчивается превращение перлита в аустенит. Время, необходимое для перлито-аустенитного превращения, уменьшается с повышением скорости нагрева. Аустенит образуется на границе ферритной и цементитной фаз, поэтому чем мельче (дисперснее) структура перлита, тем больше протяженность границ между ферритом и цементитом и тем быстрее совершается превращение. Самое быстрое превращение присуще мелкопластинчатому перлиту; медленнее осуществляется превращение при наличии мелкозернистого перлита и наиболее медленно — при крупнозернистом перлите.