Структурні перетворення при нагріванні та охолодженні сталі, Перетворення у сталі при нагріванні, Чому
Перетворення в сталі при нагріванні
Термічна обробка сталі полягає у нагріванні до певної температури, витримці та охолодженні з певною швидкістю.
При простоті цих операцій, що здається, в процесі їх виконання в сталі протікають складні процеси, які і визначають властивості після термічної обробки.
Лінія А1 (727 0) показує початок утворення аустеніту при нагріванні, лінія А3 - закінчення утворення аустеніту, лінія Аст - закінчення розчинення цементиту в аустеніті.
Після повільного охолодження, а діаграма і побудована при повільному охолодженні структури сталі залежно від вмісту вуглецю будуть різними.
Таблиця 5. Структура стали залежно від вмісту вуглецю.
Розглянемо процеси, що відбуваються при нагріванні евтектоїдної сталі. При нагріванні стали вище А1 перліт перетворюється на аустеніт. Цей процес протікає у 2 етапі.
- 1. Кристалічні грати фериту (ОЦК) перебудовуються в решітку аустеніту (ГЦК)
- 2. Цементит розчиняється в аустеніті
Перший етап протікає досить швидко. Другий вимагає певного часу (на дифузію атомів вуглецю з Fe3C аустеніт). Час це менше, що більше різниця між А1 і фактичної температурою нагрівання.
Наприклад, при 740 0 П > А за 8 хв., При 780 0 за 2 хвилини.
Тривалість цього етапу залежить і від розміру частинок цементиту - чим вони менші, тим швидше вони розчиняються в аустеніті.
Процес 3 перетворення перліту в аустеніт протікає шляхом зародження в перліті численних зерен аустеніту та подальшого їх зростання. Процес закінчується, коли зерна аустеніту повністю заповнюють об'єм вихідного перлітного зерна.(див. рис.4). Розмір утворених аустенітних зерен (початкове зерно аустеніту) буде набагато меншим від початкового перлітного зерна.
При подальшому підвищенні температури зерна аустеніту зростають шляхом переміщення кордонів, а кількість зерен зменшується.
Схильність до зростання зерна аустеніту при нагріванні у різних сталей різна. Якщо сталь містить у своєму складі тільки Si і Mn, то зерно починає рости вже за порівняно невисоких температур 800 - 900 0 .
Розмір зерен аустеніту істотно впливає на розмір зерен, що виходять при охолодженні. Тому завжди прагнуть, щоб зерно аустеніту при нагріванні не встигло зрости.
Сильний зростання зерна аустеніту при нагріванні називається перегріванням сталі. Перегрів можна виправити наступною правильною термообробкою.
Якщо сталь нагрівати ще вище, то за межами зерен відбувається окиснення металу і сталь втрачає механічну міцність. Це явище називаютьперепалом.Перепал - шлюб невиправний.
вуглецю на поверхні стали аж до утворення чистого фериту. Це називають знеуглероживанием. Воно вкрай небажане, тому що знижує твердість, зносостійкість, міцність втоми. Для запобігання обезуглерожування використовують нагрівання у захисних атмосферах (СО, N, інертні гази).
Чому росте зерно аустеніту під час нагрівання?
Кожне зерно має певну поверхневу енергію. Чим більше зерно, тим менша поверхнева енергія, що припадає на одиницю обсягу зерна. Отже, зростання зерна супроводжується зменшенням енергії, а всяке тіло прагне зменшення енергії.
Чому зерно в сталях не росте за низьких температур?
Зростання зерна процес дифузійний, а швидкість дифузії різко зростає у разі підвищеннятемператури. Тому і зростання зерна відбувається лише за високих температур, коли дифузійні процеси протікають швидко.