РОЗДІЛ IV ТЕРМІЧНА І Х1МІКО-ТЕРМІЧНА ОБРОБКА СТАЛІ § 8. Загальні відомості Термічною обробкою називається сукупність операцій нагрівання, витримування і наступного охолодження заготовок або готових виробів за певними режимами для зміни їх структури і надання їм потрібних механічних, фізичних або хімічних властивостей. В основі термічної обробки сталей лежать перетворення, що відбуваються в них при нагріванні і охолодженні. 1. Перетворення в сталі при нагріванні. Нагрівання сталі до температур, нижчих від лінії PSK (точки Ас1), не супроводиться якими-небудь фазовими перетвореннями. Вони починаються лише при переході через точку Ас1, тобто коли перліт перетворюється на аустеніт. Це перетворення є процесом кристалізаційного типу. Зародження зерен аустеніту починається по краях феритних і цементитних часточок перліту (рис. 16). У наступні моменти ростуть раніше сформовані і зароджуються нові зерна аустеніту. Процес перетворення закінчується заповненням об'єму, який мав до цього перлітну структуру, безліччю дрібних зерен аустеніту. Тому структура евтектоїдної сталі при нагріванні вище від точки Ас1 складається тільки з аустеніту (рис. 17, 6). У структурі доевтектоїдної сталі при цій температурі поряд з аустенітом буде ще й надлишковий ферит (рис. 17, а), а в структурі заевтектоїдної сталі — цементит (рис. 17, в). При нагріванні до більш високих температур ферит і цементит розчинятимуться в аустеніті.
Вище від точок Ас3 і Аcm структура цих сталей складатиметься також з самого тільки аустеніту.
Дрібні зерна аустеніту, що утворилися при перліто-аустенітному перетворенні, з підвищенням температури зростають, особливо при температурах, вищих за точки Ас3 і Аcm. Явище надмірного укрупнення зерен сталі при нагріванні називають перегрівом. Нагрівання сталі до температур, близьких до лінії солідус, супроводиться обплавленням і окисленням границь зерен, настає так званий перепал — непоправний дефект сталі. Така сталь характеризується дуже низькою ударною в'язкістю, тому не може бути використана як конструкційний матеріал і звичайно йде на переплавку. 2. Перетворення в сталі при охолодженні. Якщо сталь охолоджувати дуже повільно, то в ній утворюються рівноважні структури відповідно до діаграми залізо — вуглець. Аустеніто-перлітне перетворення при цьому відбувається при температурі 727 °С (точка Аг1). Починається воно формуванням зародків перліту, тобто також належить до процесів кристалізаційного типу. Оскільки аустеніто-перлітне перетворення розвивається на поверхні зерен, то збільшення її площі приводить до збільшення кількості центрів кристалізації. Загальна поверхня зерен у полікристалічній речовині збільшується із зменшенням розміру самих зерен.
Рис. 18. Зміна розміру зерна перліту Рис. 19. Залежність положення залежно від температури нагрівання критичних точок евтектоїдної сталі від швидкості охолодження. Тому чим дрібніші зерна аустеніту в сталі при перетворенні, тим менші розміри утворюваних зерен перліту (рис. 18). І навпаки, з великих зерен аустеніту, зокрема в перегрітій сталі, утворюються великі зерна перліту. Крім того, при охолодженні перегрітої сталі феритні і цементитні виділення відповідно в доевтектоїдній і заевтектоїдній сталях набирають звичайно вигляду голок; таку структуру називають відманштеттовою. Наявність відманштетової структури свідчить, що сталь була перегріта. Така сталь має погані механічні властивості — малі міцність і ударну в'язкість. Із збільшенням швидкості охолодження фазові і дифузійні процеси в сталі сповільнюються, тому процес перетворення аустеніту розвивається інакше. В результаті утворюються нерівноважні (метастабільні) структури і сталь набуває інших властивостей. Розглянемо процес перетворення аустеніту в евтектоїдній сталі при різних швидкостях безперервного охолодження. При повільному охолодженні аустеніт зберігається до температури 727° С (точка Аг1). Збільшення швидкості охолодження спричинює зниження критичної точки Аг1, тобто переохолод...