Лахтін_Матеоріалознавство - Стор 17
творяться в аустеніті карбіди (нітриди), які є бар'єром для зростання зерна. Чим більша об'ємна частка карбідів (нітридів) і вища їхня дисперсність (менша
розмір), тим дрібніше зерно аустеніту. Одночасно нерозчинні карбіди (нітриди) мають зародковий вплив на утворення нових зерен аустеніту, що також призводить до отримання дрібнішого зерна. Марганець та фосфор сприяють зростанню зерна аустеніту.
Слід зазначити, що терміни «спадково крупнозерниста сталь» і «спадково дрібнозерниста сталь» не позначають того, що дана сталь має завжди велике або завжди дрібне зерно. Спадкове зерно, отримане в стандартних умовах технологічної проби, вказує лише на те, що при нагріванні до певних температур крупнозерниста сталь набуває великого зерна при більш низькій температурі, ніж сталь дрібнозерниста (див. рис 107).
Тому введено поняття про дійсне зерно, тобто зерно, що існує в сталі при даній температурі.
Розмір дійсного зерна аустеніту обумовлений температурою нагріву, тривалістю витримки при ній та схильністю даної сталі до зростання зерна при нагріванні.
Тривале нагрівання доевтектоїдної (заевтектоїдної) сталі при температурах, що значно перевищують Ac 3 або А ст , призводить до утворення великого дійсного зерна як безпосередньо при цій температурі, так і після охолодження до 20 °С. Таке нагрівання прийнято називати перегрівом сталі. У перегрітій сталі часто спостерігається видманштеттова структура (рис. 108). Перегріта сталь характеризується крихким зламом.
Вплив величини зерна на властивості сталі. Як згадано раніше (див. рис. 80), чим дрібніше зерно, тим вища міцність (σ Β , σ T ,пластичність (δ,ψ) і в'язкість (KCU, KCT), нижче поріг холодноламкості (t 50) і менше схильність до крихкої руйнації. Зменшуючи розмір зерна аустеніту, можна компенсувати негативний вплив інших механізмів зміцнення на поріг холодноламкості.
Аномально поводиться тріщиностійкість Κ 1c ·При укрупненні зерна ауетеніту домкм тріщиностійкість зменшується (рис. 109), а при подальшому зростанні зерна зростає. Ймовірно,
це пов'язане очищенням меж зерна аустеніту від шкідливих домішок завдяки більшому їх розчиненню в
об'єм зерна при високотемпературному нагріванні, Всі методи, що викликають подрібнення зерна аустеніту, - мікролегування (V, Ti, Nb та ін), високі швидкості нагріву та ін - підвищують конструктивну міцність сталі. Велике зерно прагнуть одержати тільки в електротехнічних (трансформаторних) сталях, щоб покращити їх магнітні властивості (див. с. 369).
При використанні інших методів виявлення зерна температуру нагріву приймають рівною температурі загартування або на °C вище цієї температури. Час витримки за такого нагрівання 3 год.
У разі застосування методу окислення металографічний шліф нагрівають у захисній атмосфері та після закінчення витримки в піч подають повітря. Шліф охолоджують у воді, полірують і труять 15 розчином соляної кислоти в етиловому спирті. Межі колишніх зерен аустеніту виявляються на шліфі сіткою оксидів (рис. 110 б). Метод, заснований на утворенні сітки фериту, застосовують для доевтектоїдних сталей, а метод -
вання яєтки цементиту — для заевтектоїдних. Зразки нагрівають до заданої температури і охолоджують зі швидкістю, що забезпечує утворення сітки фериту або цементиту (рис. 110, в). Нерідко величину зерна аустеніту визначають на зразках після загартування та відпусткипри ° С шляхом травлення мікрошліфа в розчині пікринової кислоти з додаванням 0,5 - 1,0% миючих засобів "Астра", "Новина" та ін. (Рис. 110, г). Більш перспективний метод визначення величини зерна аустеніту - за допомогою спеціальних мікроскопів з нагрівальною вакуумною камерою. У цьому випадку безпосередньо спостерігають зерно аустеніту, що існує за високих температур (див. рис. 106, 110, д). Величину зерна визначають під мікроскопом зі збільшенням у 100 разів. Зерна, видимі на шліфі, порівнюють G еталонними зображеннями, наведеними на рію. 111. Величину зерна визначають балами. Між номером зерна N (балом) та кількістю зерен п, що містяться на 1 мм 2 шліфу, існує наступна залежність: п = 2 N+3 .
Сталі з номером зерна відносять до крупнозернистим, а з номером зерна дрібнозернистим.
3. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПЕРЕТВОРЕННЯ ПЕРЕОХОЛОДЖЕНОГО АУСТЕНІТУ (ДІАГРАМА ІЗОТЕРМІЧНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ АУСТЕНІТУ)
Якщо сталь зі структурою аустеніту, отриманої в результаті нагрівання до температури вище Ас 3 (для доевтектичної сталі) або вище А ст (для заевтектоїдної сталі), переохолодити до температури нижче Ar 1 то аустеніт виявляється в метастабільному стані і зазнає перетворення.
Для опису кінетики перетворення переохолодженого аустеніту користуються експериментально побудованими діаграмами час - температура - ступінь розпаду або діаграмами ізотермічного перетворення аустеніту, тобто перетворення, що протікає за постійної температури 1 .
Для випромінювання ізотермічного перетворення аустеніту невеликі зразки стали нагрівають до температур, відповідних існуванню стабільного аустеніту, а потім швидко охолоджують (переохолоджують аустеніт) до температури нижче Ar 1 наприклад до 700, 600, 500, 400, 30. і
витримують за цієї температури до повного розпаду аустеніту.
Результати дослідження при постійній температурі характеризує крива, що показує кількість аустеніту, що розпався, залежно від часу, що минув з моменту початку розпаду. Як видно із рис. 112, а протягом деякого проміжку часу ( Н 1 , Н 2 , Н 3 ) розпад аустеніту експериментально не фіксується. Цей період називають
1 У літературі англійською ці діаграми називають ТТТ: time — temperature
Після цього періоду аустеніт починає розпадатися з утворенням більш стабільних структур. Швидкість розпаду спочатку швидко збільшується, а потім поступово сповільнюється. Через деякий час (До 1, До 2, До 3) процес розпаду повністю
закінчується чи зупиняється. Побудова таких кривих після охолодження до різних температур (t 1 t 2, t 3 і т. д.) дозволяє отримати діаграму ізотермічного перетворення (рис. 112, б). Для цього потрібно відрізки часу, що відповідають початку ( Н 1 , Н 2 , Н 3 ) і кінця розпаду аустеніту ( К 1 , К 2 , К 3 і т. д.) або заздалегідь прийнятого ступеня перетворення для кожної з досліджуваних температур ( t 1 t 2 , t 3 ), перенести на графік, на якому по осі абсцис відкладається час 1 а по осі координат
- Температура, і однойменні точки з'єднати плавними кривими. У діаграмі ізотермічного перетворення аустеніту (рис. 112 б) крива 1 характеризує початок розпаду аустеніту, а крива 2 показує час, необхідний для повного розпаду аустеніту.
Область, що лежить лівіше за криву початку розпаду аустеніту (див. рис. 112, б), визначає тривалість інкубаційного періоду; в інтервалі температур і часу, що відповідають цій галузі, існує переохолоджений аустеніт, практично незазнає помітного розпаду. Тривалість інкубаційного періоду характеризує стійкість переохолодженого аустеніту. Зі збільшенням переохолодження його стійкість швидко зменшується, досягаючи мінімуму (t2), і далі знову зростає (див. рис. 112, б).
Зменшення стійкості аустеніту і зростання швидкості його перетворення зі збільшенням ступеня переохолодження пояснюється зростанням різниці вільних енергій (енергії Гіббса) аустеніту і фазами (структурою), що утворюються. При цьому, як зазначалося вище, зменшується розмір критичного зародка, здатного до зростання, і зростає кількість обсягів у вихідному аустеніті, в яких можуть виникнути зародки
1 Шкалу часу для зручності побудови частіше вибирають логарифмічної, тому що час розпаду може коливатися в широких межах - від часток секунди до десятків хвилин і навіть годин.
нової фази. Підвищення стійкості аустеніту і зменшення швидкості його перетворення при великих ступенях переохолодження викликається зниженням швидкості утворення і зростання нових фаз внаслідок уповільнення процесу дифузії.
Залежно від ступеня переохолодження аустеніту розрізняють три температурні області, або ступеня ,
4. ПЕРЛИТНЕ ПЕРЕТВОРЕННЯ
Перлітне перетворення переохолодженого аустеніту протікає при температурах Ar 1 - 500 ° С (див. рис. 112). У процесі перетворення відбувається поліморфне γ → α- перетворення та дифузійний перерозподіл вуглецю в аустеніті, що призводить до утворення структури:
Аустеніт, практично однорідний за концентрацією вуглецю, розпадається з утворенням фериту (майже чисте залізо) і цементиту, що містить 6,67%, тобто складається з фаз, що мають різну концентрацію вуглецю (рис. 113). Ведучою, в першу чергу виникає фазою прице є карбід (цементит). Його зародки, як правило, утворюються на межах зерен аустеніту.
В результаті зростання частинок цього карбіду прилеглий до нього об'єм аустеніту збіднюється вуглецем, знижує свою стійкість і відчуває поліморфне γ → При цьому кристаліки фериту зароджуються на межі цементиту, який полегшує цей процес.
Подальше зростання феритних пластинок веде до збагачення навколишнього аустеніту вуглецем, що ускладнює подальший розвиток γ → У збагаченому таким чином вуглецем аустеніті зароджуються нові і ростуть пластинки цементиту, що раніше виникли. Внаслідок цих процесів утворення та зростання частинок карбідів знову створюються умови для виникнення-
ня нових і зростання наявних кристаликів (пластинок) фериту. В результаті відбувається колоніальне (спільне) зростання кристаликів фериту та цементиту, що утворюють перлітну колонію (рис. 113).
Продукти перлітного перетворення мають пластинчасту будову. Пластинчасті структури евтектоїдного типу часто визначають як перліт, сорбіт і троостит або відповідно середньо-і тонкодиференційований перліт. Чим більше переохолодження, тим тоншим виходить структура, тобто. менша міжпластинчаста відстань ∆ 0 (рис. 113), рівну усередненій сумі товщин двох пластин фериту і цементиту , і вище твердість: