Превращение перлита в аустенит – процесс кристаллизационного типа и подчиняется закономерностям кристаллизации, т.е. зарождаются центры новой фазы, в которых растут кристаллы.
В полном соответствии с диаграммой состояния Fe – С процесс превращения может совершиться лишь при очень медленном нагреве. При обычных условиях нагрева превращение запаздывает и получается перенагрев, т.е. превращение происходит лишь при температурах, несколько более высоких, чем указано на диаграмме Fe – C.
Окончание процесса превращения характеризуется образованием аустенита и исчезновением перлита. Однако этот вновь образовавшийся аустенит даже в объеме одного зерна неоднороден. В тех местах, в которых ранее были пластинки (зерна) перлитного цементита, содержание углерода больше, чем в тех местах, где залегали пластинки феррита. Поэтому только что образовавшийся аустенит неоднороден.
Для получения однородного по составу (гомогенного) аустенита при нагреве требуется не только перейти через точку окончания перлитно-аустенитного превращения, но и перегреть сталь выше этой точки или дать выдержку для завершения диффузионных процессов внутри аустенитного зерна. Начало перлитно-аустенитного превращения сопровождается образованием первых зерен аустенита.
Первые зерна аустенита образуются на границе между ферритом и цементитом (структурными составляющими перлита). Так как эта граница весьма разветвлена, то превращение начинается с образования множества мелких зерен. Следовательно, по окончании превращения перлита в аустенит образуется большое количество малых аустенитных зерен. Размер этих зерен характеризует так называемый размер начального зерна аустенита.
Скорость гомогенизации аустенита в значительной степени определяется исходной структурой стали – степенью дисперсности цементита и его формой. Чем мельче частицы цементита и, следовательно, больше их суммарная поверхность, тем быстрее происходят описанные превращения.
Дальнейший нагрев (или выдержка) по окончании превращений вызывает рост аустенитных зерен.
Переход через критическую точку А1 сопровождается резким уменьшением зерна (рис. 6.5). При дальнейшем нагреве зерно аустенита в мелкозернистой стали не растет до 950 – 1000 оС, после чего устраняются факторы, препятствующие росту, и зерно начинает быстро расти. У крупнозернистой стали ничто не препятствует росту зерна, который и начинается вскоре после перехода через критическую точку.
Различают два типа сталей: наследственно мелкозернистую и наследственно крупнозернистую; первая характеризуется малой склонностью к росту зерна, вторая – повышенной склонностью. Под наследственной зернистостью следует подразумевать склонность аустенитного зерна к росту.
Размер зерна, полученный в стали в результате той или иной термической обработки, – это так называемое действительное зерно.
В зависимости от вида термообработки различают следующие виды зерен:
1) начальное зерно – зерно аустенита в момент окончания перлитно-аустенитного превращения;
2) наследственное (природное) зерно – аустенитное, склонное к росту;
3) действительное зерно – зерно аустенита в данных конкретных условиях.
На свойства стали влияет только действительный размер, наследственный размер зерна влияния не оказывает. Если у сталей одной марки (одна наследственно крупнозернистая, другая наследственно мелкозернистая) при различных температурах термических обработок будет получен одинаковый действительный размер зерна, то свойства их будут одинаковыми. Если размер зерна будет различный, то существенно будут различаться многие свойства стали.
Размеры перлитных зерен зависят от размеров зерен аустенита из которых они образовались. Чем крупнее зерна аустенита, тем, как правило, большего размера перлитные зерна, образующиеся из них (см. рис. 6.5). Аустенитные зерна растут только при нагреве (при последующем охлаждении они не измельчаются), поэтому максимальная температура нагрева стали в аустенитном состоянии и ее наследственная зернистость определяют окончательный размер зерна. Это необходимо учитывать при назначении режимов термической обработки.
Температура нагрева под закалку не должна превышать:
· для доэвтектоидной стали А3 + (30…50) оС,
· для заэвтектоидной – А1 + (30…50) оС.
Нагрев значительно выше этих температур приводит к образованию крупного действительного зерна. Такой нагрев называют перегревом.
Нагрев до еще более высоких температур сопровождается образованием окислов железа по границам зерен с частичным оплавлением, он называется пережогом.
Перегрев и пережог являются браком при термической обработке (ТО). Причем перегрев можно исправить охлаждением и повторным нагревом до необходимой температуры, а пережог является неисправимым браком.