31. Превращение в стали при нагреве. Образование и рост аустенитного зерна.
П ри t>727ºC у аустенита меньше свободной энергии, поэтому он термодинамически более устойчив. Процесс идёт, если есть перенагрев. В точке S – равновесие → процесс невозможен. Если обеспечить перегрев , процесс будет ускоряться, увеличится диффузионная подвижность атомов. Закономерности, происходящие при превращении анализируют с помощью диаграмм превращения П→А.
t1a1, t2a2, t3a3 – инкубационный период
а – начало превращения
b − конец превращения.
При постоянных температурах (t1, t2, t3) определяется время, через которое начинается и заканчивается процесс превращения. Из диаграммы видно, что чем выше температура, тем больше время, через которое начинается и заканчивается превращение. В реальных условиях нагрев протекает с конкретной скоростью.
Чем выше скорость нагрева, тем выше температура начала и конца превращения. чем выше скорость нагрева, тем в большей степени смещаются вверх критические температурные точки и нагрев нужно проводить до более высоких температур. Камерная печь с газовой атмосферой – медленный нагрев на 30-50ºС выше Ас3. Часто используют высокоскоростной нагрев с использованием ТВЧ (индукционный нагрев на 100-150ºС выше Ас3).
Закономерности образования и роста аустенитного зерна.
При t>A1 П→А.
При повышении t термодинамически выгодно укрупнение зерна А, т.к. ведёт к уменьшению запаса свободной энергии. Однако, одни стали сразу подчиняются законам термодинамики (зерно растёт), другие до очень высоких t не изменяют размер зерна. Принадлежность к той или иной группе определяют после выдержки образцов стали при 930ºС и определения номера зерна. Если номер зерна после выдержки больше 6 – наследственно мелкозернистые стали, если меньше 4 – наследственно крупнозернистые. Чем меньше зерно, тем выше твёрдость, пластичность, ударная вязкость. Чем крупнее зерно, тем выше теплопроводность, электропроводность, жаропроводность. Применение наследственно мелкозернистых сталей лучше. У наследственно мелкозернистых сталей по границе А зерна располагаются отдельные структурные составляющие, которые задерживают рост зерна (нитриды, карбиды). Пока они не растворятся в А, рост зерна не происходит. Наиболее эффективно влияют карбиды хрома, вольфрама. Наиболее труднорастворимы карбиды ванадия.
32. Превращения в стали при охлаждении. Диаграмма изотермического превращения аустенита.
Превращение аустенита в перлит идёт при t<A1 (727ºC) при некотором охлаждении. Чем больше Δt, тем больше ΔF и термодинамические факторы должны ускорять процесс превращения. Но при этом снижается t, уменьшается диффузионная подвижность атомов – торможение процесса превращения.
Анализ закономерностей структурообразования проводится с помощью диаграмм термического превращения А→П.
t1a1, t2a2, t3a3 – инкубационный период
1 – начало превращения
2 − конец превращения.
При постоянных температурах (t1, t2, t3) определяется время, через которое начинается и заканчивается процесс превращения А→П. Эти диаграмма имеют с-образную форму, и при t2 – минимум устойчивости переохлаждённого А. На практике охлаждение при термообработке осуществляют в конкретных средах, от этого зависит скорость охлаждения. t, при которой происходят превращения, обеспечивают определённые структурные составляющие. При небольших температурах А, П, С, Т, Б – феррито-карбидная смесь. Отличие – степень дисперсности. Наиболее крупные частицы феррито-карбидной смеси: П, мельче С, ещё мельче Т, наиболее мелкие Б (игольчатое строение). П→Б – увеличивается твёрдость, прочность, уменьшается пластичность и вязкость.
V1-V5 – скорости охлаждения, обеспечиваемые реальными условиями на производстве.
Если охлаждение идёт с небольшой скоростью V1 (охлаждение вместе с печью) формируется структура: П – мягкий, пластичный, вязкий. Операция термообработки – отжиг второго рода. V2 – охлаждение на воздухе. Структура – сорбит, более твёрдый, чем П. Термообработка – формализация. Vкр=V4 – критическая скорость охлаждения (минимальная скорость охлаждения, обеспечивающая образование новой структуры – мартенсит, наиболее твёрдая и прочная составляющая. Термообработка – закалка.
Для среднеуглеродистых сталей – охлаждение в воде (V5). V3 – охлаждение в минеральном масле. Струткура – троостит.
Чем выше содержание углерода и легирующих элементов, тем больше с-образные кривые смещаются вправо. Сдвиг с-образных кривых вправо обеспечивают все легирующие элементы (кроме кобальта – влево).