Аустеніт - це що таке?

Термічна обробка стали - це найпотужніший механізм впливу на її структуру і властивості. Він ґрунтується на видозмінах кристалічних решіток в залежності від гри температур. У різних умовах в залізовуглецевих сплавів можуть бути присутніми ферит, перліт, цементит і аустеніт. Останній відіграє основну роль у всіх термічних перетвореннях в стали.

визначення

Сталь - це сплав заліза і вуглецю, в якому вміст карбону складає до 2,14% теоретично, проте технологічно застосовна містить його у кількості не більше 1,3%. Відповідно, всі структури, які утворюються в ній під впливом зовнішніх впливів, також є різновидами сплавів.

Теорія представляє їх існування в 4 варіаціях: твердий розчин проникнення, твердий розчин виключення, механічна суміш зерен або хімічну сполуку.

Аустеніт - це твердий розчин проникнення атома вуглецю в гранецентріческую кубічну кристалічну решітку заліза, іменовану як &gamma-. Атом карбону впроваджується в порожнину &gamma - решітки заліза. Його розміри перевищують відповідні пори між атомами Fe, що пояснює обмеженість проходження їх крізь «стінки» основної структури. Утворюється в процесах температурних перетворень фериту і перліту при підвищенні тепла вище 727 С.

Діаграма залізовуглецевих сплавів

Графік, іменований діаграмою стану залізо-цементит, побудований експериментальним шляхом, є наочну демонстрацію всіх можливих варіантів перетворень в сталях і чавунах. Конкретні температурні значення для певної кількості вуглецю в сплаві утворюють критичні точки, в яких відбуваються важливі структурні зміни в процесах нагрівання або охолодження, вони ж формують критичні лінії.

Лінія GSE, яка містить точки Ac₃ і Ac_m, відображає рівень розчинності карбону при підвищенні рівня тепла.

особливості освіти

Аустеніт - це структура, яка формується в процесі нагрівання сталі. При досягненні критичної температури перліт і ферит утворюють цілісне речовина.

Варіанти нагрівання:

1. Рівномірний, до досягнення необхідного значення, нетривала витримка, охолодження. Залежно від характеристик сплаву, аустеніт може бути як повністю сформований, так і частково.
2. Повільне підвищення температури, тривалий період підтримки досягнутого рівня теплоти з метою отримання чистого аустеніту.

Властивості отриманого розігрітого матеріалу, а також того, який буде мати місце в результаті охолодження. Дуже багато залежить від рівня досягнутого тепла. Важливо не допустити перегрів або перепав.

Мікроструктура і властивості

Кожній з фаз, характерних для залізовуглецевих сплавів, властиво власне будова решіток і зерен. Структура аустеніту - пластинчаста, що має форми, близькі і до игольчатому увазі, і до пластівчасту. При повному розчиненні вуглецю в &gamma - залозі, зерна мають світлу форму без наявності темних цементітних включень.

Твердість становить 170-220 НВ. Теплопровідність і електропровідність на порядок нижче, ніж у фериту. Магнітні властивості відсутні.

Варіанти охолодження і його швидкості призводять до утворення різних модифікацій «холодного» стану: мартенситу, бейнита, троостита, сорбіту, перліту. Вони мають схожу игольчатую структуру, однак відрізняються дисперсністю часток, розміром зерен і цементітних частинок.

Вплив охолодження на аустеніт

Розпад аустеніту відбувається в тих же критичних точках. Результативність його залежить від наступних факторів:

1. Швидкість охолодження. Впливає на характер вуглецевих включень, формування зерен, освіти підсумкової мікроструктури і її властивостей. Залежить від середовища, яка використовується в якості охолоджувача.
2. Наявність ізотермічної складової на одному з етапів розпаду - при зниженні до певного температурного рівня, підтримується стабільне тепло деякий період часу, після чого продовжується швидке охолодження, або ж воно відбувається разом з нагрівальним пристроєм (піччю).

Таким чином, виділяють безперервне і ізотермічний перетворення аустеніту.

Особливості характеру перетворень. діаграма

С-подібний графік, який відображає характер змін мікроструктури металу в тимчасовому інтервалі, в залежності від ступеня зміни температур - це діаграма перетворення аустеніту. Реальне охолодження безперервно. Можливі лише деякі фази примусового утримання тепла. Графік описує ізотермічні умови.

Характер може бути дифузний і Бездифузійний.

При стандартних швидкостях зниження тепла зміна аустенітного зерна відбувається дифузійно. У зоні термодинамічної нестійкості атоми починають переміщатися між собою. Ті, які не встигають потрапити в грати заліза, формують цементітние включення. До них приєднуються сусідні частинки карбону, вивільнені зі своїх кристалів. Цементит формується на кордонах розпадаються зерен. Очищені кристали фериту утворюють відповідні пластини. Формується дисперсная структура - суміш зерен, розмір і концентрація яких залежать від стрімкості охолодження і змісту карбону в сплаві. Утворюється також перліт і його проміжні фази: сорбіт, троостит, Бейн.

При значних швидкостях зниження температур розпад аустеніту не має дифузійного характеру. Відбуваються комплексні спотворення кристалів, усередині яких всі атоми одночасно зміщуються в площині, не змінюючи розташування. Відсутність дифузійної сприяє зародженню мартенситу.

Вплив загартування на особливості розпаду аустеніту. мартенсит

Загартування - це вид термічної обробки, суть якого полягає в швидкому нагріванні до високих температур вище критичних точок Ac₃ і Ac_m, після чого слід швидке охолодження. Якщо зниження температури відбувається за допомогою води зі швидкістю більше 200 за секунду, то утворюється тверда игольчатая фаза, що має назву Мартенсом.

Він являє собою пересичений твердий розчин проникнення карбону в залізо з кристалічною решіткою типу &alpha-. Внаслідок потужних переміщень атомів вона спотворюється і формує тетрагональную грати, що і виступає причиною зміцнення. Сформована структура має більший обсяг. В результаті цього кристали, обмежені площиною, стискаються, зароджуються голчасті пластини.

Мартенсит - міцний і дуже твердий (700-750 НВ). Утворюється виключно в результаті високошвидкісний гарту.

Загартування. дифузійні структури

Аустеніт - це формування, з якого можуть бути штучно зроблені Бейн, троостіт, сорбіт і перліт. Якщо охолодження гарту відбувається на менших швидкостях, здійснюються дифузійні перетворення, їх механізм описаний вище.

Троостит - це перліт, для якого характерна висока ступінь дисперсності. Формується при зменшенні тепла 100? За секунду. Велика кількість дрібних зерен фериту і цементиту розподіляється по всій площині. «Загартовані» властивий цементит пластинчастої форми, а троостіт, отриманий в результаті подальшого відпустки, має зернисту візуалізацію. Твердість - 600-650 НВ.

Бейніт - це проміжна фаза, яка являє собою ще більш дисперсну суміш кристалів високовуглецевого фериту і цементиту. За механічним і технологічними властивостями поступається мартенситу, але перевищує троостіт. Утворюється в температурних інтервалах, коли дифузія неможлива, а сили стиснення і переміщення кристалічної структури для перетворення в мартенситную - недостатньо.

Відео: Металургія стали 2: структури при кімнатній температурі - Бейн, мартенсів і залишковий аустеніт

Сорбіт - крупнодисперсная голкоподібний різновид перлитових фаз при охолодженні зі швидкістю 10 С за секунду. Механічні властивості займають проміжне положення між перлітом і троостита.

Перліт - це сукупність зерен фериту і цементиту, які можуть бути зернистою або пластинчастої форми. Формується в результаті плавного розпаду аустеніту зі швидкістю охолодження 1 С за секунду.

Бейт і троостіт - більш відносяться до гартівних структур, тоді як сорбіт і перліт можуть формуватися і при відпустці, відпалі і нормалізації, особливості яких визначають форму зерен і їх розмір.

Вплив відпалу на особливості розпаду аустеніту

Практично всі види відпалу і нормалізації засновані на взаємодоповнюючі перетворенні аустеніту. Повний і неповний отжиг застосовують до доевтектоїдних стали. Деталі нагрівають в печі вище критичних точок Ac₃ і Ас₁ відповідно. Для першого типу характерна наявність тривалого періоду витримки, який забезпечує повне перетворення: ферит-аустеніт і перліт-аустеніт. Після чого слід повільне охолодження заготовок в печі. На виході отримують мелкодисперсную суміш фериту і перліту, без внутрішньої напруги, пластичну і міцну. Неповний отжиг менш енергоємний, змінює тільки будова перліту, залишаючи ферит практично без змін. Нормалізація передбачає більш високу швидкість зниження температур, однак і більш грубозернисту і менш пластичну структуру на виході. Для сталевих сплавів з вмістом вуглецю від 0,8 до 1,3% при охолодженні в рамках нормалізації відбувається розпад за напрямком: аустеніт-перліт і аустеніт-цементит.

Ще одним видом термічної обробки, який заснований на структурних перетвореннях, є гомогенізація. Він застосуємо для великих деталей. Має на увазі абсолютне досягнення аустенітного крупнозернистого стану при температурах 1000-1200 С і витримку в печі в період до 15 годин. Ізотермічні процеси тривають повільним охолодженням, яке сприяє вирівнюванню структур металу.

ізотермічний отжиг

Кожен з перерахованих способів впливу на метал для спрощення розуміння розглядається як ізотермічний перетворення аустеніту. Однак кожен з них лише на певному етапі має характерні особливості. В реальності ж зміни відбуваються при стабільному зниженні тепла, швидкість якого визначає результат.

Один із способів, найбільш близький до ідеальних умов, - ізотермічний відпал. Його суть також складається в нагріванні і витримці до повного розпаду всіх структур в аустеніт. Охолодження реалізовується в кілька етапів, що сприяє більш повільному, більш тривалого і більш термічно стабільного його розпаду.

1. Стрімкий зниження температури до значення на 100 нижче точки Ас₁.
2. Примусове утримання досягнутого значення (приміщенням в піч) тривалий час до повного завершення процесів освіти ферритно-перлітних фаз.
3. Охолодження на спокійному повітрі.

Метод застосуємо і для легованих сталей, для яких характерна наявність залишкового аустеніту в охолодженому стані.

Залишковий аустеніт і аустенітні стали

Іноді можливий неповний розпад, коли має місце залишковий аустеніт. Це може статися в таких ситуаціях:

1. Занадто швидке охолодження, коли повний розпад не відбувається. Є структурною складовою бейнита або мартенситу.
2. Сталь високовуглецева або низьколегована, для якої ускладнені процеси аустенітних дисперсних перетворень. Вимагає застосування особливих способів термообробки, як, наприклад, гомогенізація або ізотермічний отжиг.

Для високолегованих - відсутні процеси описуваних перетворень. легування стали нікелем, марганцем, хромом сприяє формуванню аустеніту як основний міцної структури, яка не вимагає додаткових впливів. Аустенітні стали відрізняються високою міцністю, корозійну стійкість і жаростійкістю, жароміцних і стійкістю до складних агресивних умов роботи.

Відео: металознавство

Аустеніт - це структура, без утворення якої неможливо жодне високотемпературне нагрівання стали і яка бере участь практично у всіх способах її термічної обробки з метою поліпшення механічних і технологічних властивостей.