7.1Перетворення, що відбуваються у сталях під час нагрівання

Якщо нагрівати дуже повільно, то всі фазові перетворення у вуглецевих сталях описує ліва частина діаграми залізо — вуглець.. Принагідно зазначимо, що критичні температури цих перетворень позначають буквою А з певними індексами. Зокрема, температуру лінії РSК позначають через А,, температури лінії GS — через А₃, а температури лінії SЕ — через А_cm. До названих позначень додають індекс с в разі охолодження або індекс г — нагрівання, наприклад: Ас₁, Ас_сm, Аr₃ Відхід від рівноважних умов спричиняє тепловий гістерезис, тобто неспівпадіння критичних температур нагрівання охолодження.

Зупинимось на фазових перетвореннях, що відбуваються під час нагрівання у доевтектоїдній, евтектоїдній та заевтектоїдній сталях із вихідними рівноважними структурами. Структура доевтектоїдної сталі при кімнатній температурі — ферит + + перліт. При температурі Ас₁ (лінія РSК) перліт перетворюється в аустеніт. Вище від цієї лінії буде двофазова структура: ферит + аустеніт. В інтервалі температур Ас₁... Ас₃ ферит поступово розчиняється у аустеніті й при Ac₃ зовсім зникає. Вище Ас₃ маємо тільки аустеніт.

В евтектоїдній сталі пластинчаста структура перліту зберігається аж до температури Ас,, при якій перліт повністю перетворюється в аустеніт.

У заевтектоїдній сталі з перліто-цементитною структурою при температурi Ас₁ перліт перетворюється в аустеніт, а в проміжку температур Ас₁...Ас_cm вторинний цементит поступово розчиняється в аустеніті.

Отже, в результаті описаних перетворень у сталях сформовується однофазова аустенітна структура, яка займає частину діаграми вище лінії GSЕ аж до лінії солідус.

7.2 Ріст зерна аустеніту.

Зародки майбутніх зерен аустеніту виникають у перлітних колоніях на границях між феритом й цементитом. Оскільки в кожній колонії зароджується декілька центрів нових кристалів, то очевидно, розпад перліту супроводжується здрібненням зерен сталі. їх розмір наприкінці перетворення перліту в аустеніт визначає величину початкового зерна аустеніту. Подальше підвищення температури нагрівання й тривалості витримки в однофазовій аустенітній області спричинює ріст зерен аустеніту, що нагадує збиральну рекристалізацію.

Перегрів характеризує температура початку інтенсивного росту зерна. Щоб усунути грубозернисту структуру, необхідно повторно нагріти сталь до меншої температури, ніж температура перегріву.

Перепал сталі наступає в оксидаційній атмосфері при температурах близьких до лінії солідус. В результаті на границях зерен утворюються оксиди. Перепал викликає непоправне пошкодження сталі.

7.3 Перетворення у сталі під час охолодження аустеніту.

Перетворення аустеніту складається зі стадії зародження центрів нових фаз — фериту та цементиту й стадії подальшого їх росту. Підсумком цього процесу є кінетична крива перетворення (рис.2), побудована за експериментальними точками при сталій температурі (ізотермічній витримці). Про розпад аустеніту судять на підставі змін певних фізичних властивостей матеріалу зразка, наприклад, його магнітних характеристик. Відомо, що аустеніт парамагнітний, а продукти розпаду — ферит і цементит — феромагнітні. Магнітометричним методом можна будь-коли кількісно визначити ступінь перетворення аустеніту.

Кінетична крива перетворення показує як зростає в часі частка перетвореного аустеніту після деякого інкубаційного періоду, що зображено відрізком часу від осі ординат до точки а. Точка а відповідає початкові перетворення аустеніту, коли частка утвореного перліту не перевищує 0,5...1%. Вигляд кривої засвідчує, що швидкість перетворення спочатку повільно зростає, доходячи до максимуму, коли перетворення досягне 50%, а згодом поступово зменшується і в точці b закінчується.

Рис.2 Кінетична крива перетворення аустеніту в перліт:τ- час

За серією кінетичних кривих перетворення, кожна з яких отримана при іншій температурі, будують діаграму ізотермічного перетворення аустеніту в координатах температура t — час τ, звичайно час відкладають у логарифмічній шкалі (рис3). З кожної кінетичної кривої перетворення на діаграму переносять точки (час) початку й кінця процесу (ці точки на діаграмі не показані). З'єднавши відповідні точки, отримують С-подібні криві початку І і кінця II перетворення. Зліва від кривої початку перетворення маємо переохолоджений аустеніт А, справа — продукти його розпаду: П, С, Т, Б, а між кривими — разом аустеніт і продукти розпаду. Бачимо, що час до початку перетворення – інкубаційний період — є найменший для ступеня переохолодження ∆t = 150...200 °С, відрахованого від А₁. Лінія М_п показує температуру початку, а лінія М_к — температуру кінця мартенситного перетворення

Рис.3 Діаграма ізотермічногорозпаду переохолодженого аустеніту.

І - лінія початку і II - лінія кінця

розпаду переохолодженого аустеніту;

М_п - лінія початку і М_к - лінія кінця

мартенситного перетворення;