Превращение перлита в аустенит

Согласно нижней левой части диаграммы состояния железо – цементит, 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. Поэтому для превращения перлита в аустенит температура нагрева должна быть обязательно немного выше равновесной температуры 727°С, т.е. должен быть так называемый перенагрев, так же как для превращения аустенита в перлит должно быть обязательно некоторое переохлаждение.

Процесс превращения перлита в аустенит при нагреве в эвтектоидной стали (0,8% С) происходит следующим образом. Сталь в исходном состоянии представ­ляет смесь фаз феррита и цементита. При нагреве несколько выше критической точки А₁ (727°С) на границе ферритной и цементитной фаз начинается превращение α→γ, приводящее к образованию низкоуглеродистого аустенита, в котором растворяется цементит. Образующийся аустенит химически неоднороден. Концентрация углерода в аустените на границе с цементитом значительно выше, чем на границе с ферритом. Превращение α→γ протекает быстрее, чем растворение цементита,. После растворения всего цементита превращение заканчивается, но поэтому, когда вся α-фаза превратится в γ–фазу (аустенит), цементит еще остается 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 (α→γ) при более высокой температуре, чем температура превращения перлита в аустенит (α + Fe₃C→ γ). 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.

Влияние температуры и скорости нагрева на превращение перлита в аустенит показано на рисунке 1.

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,превращение перлита в аустенит (П → 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. 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.

Поиск по сайту: