Рост зерна аустенита при нагреве - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Зародыши аустенита при нагреве выше температуры. образуются на границах раздела феррит -- карбид. При таком нагреве число зародышей всегда достаточно велико и начальное зерно аустенита мелкое. Чем выше скорость нагрева, тем меньше зерно аустенита, так как скорость образования зародышей выше, чем скорость их роста.

Способность зерна аустенита к росту неодинакова даже у сталей одного марочного состава вследствие влияния условий их выплавки.

По склонности к росту зерна различают два предельных типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.

В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000--1050 °С) зерно увеличивается незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном перегреве выше (рис. 107). Различная склонность к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом.

Стали, раскисленные алюминием, наследственно мелкозернистые, так как в них образуются дисперсные частицы A1N, тормозящие рост зерна аустенита, оказывая барьерное действие на мигрирующую границу зерен. Растворение этих частиц влечет за собой быстрый рост зерна.

Легирующие элементы, особенно карбидообразующие (нитридообразующие) задерживают рост зерна аустенита. Наиболее сильно действуют Ti, V, Nb, Zr, Аl и N, образующие трудно растворимые в аустените карбиды (нитриды), которые служат барьером для роста зерна. Чем больше объемная доля карбидов (нитридов) и выше их дисперсность (меньше размер), тем мельче зерно аустенита. Одновременно нерастворимые карбиды (нитриды) оказывают зародышевое влияние на образование новых зерен аустенита, что также приводит к получению более мелкого зерна. Марганец и фосфор способствуют росту зерна аустенита.

Следует отметить, что термины "наследственно крупнозернистая сталь" и "наследственно мелкозернистая сталь" не обозначают того, что данная сталь имеет всегда крупное или всегда мелкое зерно. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы, указывает лишь на то, что при нагреве до определенных температур крупнозернистая сталь приобретает крупное зерно при более низкой температуре, чем сталь мелкозернистая (см. рис. 107).

Поэтому введено понятие о действительном зерне, т. е. зерне, существующем в стали при данной температуре.

Размер действительного зерна аустенита обусловлен температурой нагрева, продолжительностью выдержки при ней и склонностью данной стали к росту зерна при нагреве.

Влияние величины зерна на свойства стали. Как упомянуто ранее, чем мельче зерно, тем выше прочность (), пластичность (ш) и вязкость (KCU, КСТ), ниже порог хладноломкости () и меньше склонность к хрупкому разрушению. Уменьшая размер зерна аустенита, можно компенсировать отрицательное влияние других механизмов упрочнения на порог хладноломкости.

Все методы, вызывающие измельчение зерна аустенита, -- микролегирование (V, Ti, Nb и др.), высокие скорости нагрева и др. -- повышают конструктивную прочность стали. Крупное зерно стремятся получить только в электротехнических (трансформаторных) сталях, чтобы улучшить их магнитные свойства.

Выявление и определение величины зерна. Величина зерна определяется различными методами (ГОСТ 5639--65): цементацией, окислением по ферритной или цементитной сетке и травлением границ зерен.

По методу цементации образец доэвтектоидной стали насыщают углеродом при 930 °С в течение 8 ч (см. рис. 107). При этом содержание углерода в аустените, находящемся в поверхностной зоне, достигает заэвтектоидной концентрации. При последующем медленном охлаждении по границам зерна аустенита выделяется вторичный цементит, образующий сплошную сетку, по которой после охлаждения определяют величину бывшего зерна аустенита.

При использовании других методов выявления зерна температуру нагрева принимают равной температуре закалки или на 20--30 °С выше этой температуры. Время выдержки при таком нагреве 3 ч.

Более перспективный метод определения величины зерна аустенита -- при помощи специальных микроскопов G нагревательной вакуумной камерой. В этом случае непосредственно наблюдают зерно аустенита, существующее при высоких температурах. Величину зерна определяют под микроскопом при увеличении в 100 раз. Зерна, видимые на шлифе, сравнивают G эталонными изображениями. Величину зерна определяют баллами. Между номером зерна N (баллом) и количеством зерен п, помещающихся на 1 мм2 шлифа, существует следующая зависимость:.

Стали с номером зерна 1--5 относят к крупнозернистым, а с номером зерна 6--15 к мелкозернистым.

Похожие статьи




Рост зерна аустенита при нагреве - Характеристика и структурные методы исследования металлов

Предыдущая | Следующая