Общепринятые обозначения линий и критических точек на диаграмме железо-цементит

Линия	Обозначение
	общее	при нагреве	при охлаждении
GS	A3	Ac3	Ar3
PSK	A1	Ac1	Ar1
SE	Am	Acm ( AСcm )	Arcm

Фазовые превращения при охлаждении из аустенитной области.

Сочетание фазовых превращений в сталях зависит от содержания углерода. По содержанию углерода стали подразделяют на доэвтектоидные, эвтектоидные и заэвтектоидные (рис. 2.22).

а	б	в

Рис. 2.22. Микроструктура сталей после медленного охлаждения:

а – эвтектоидная (х 500), б – доэвтектоидная (х 200), в – заэвтектоидная (х 300)

Сталь, содержащая 0,8 % углерода, называется эвтектоидной. При охлаждении из аустенитной области в ней происходит фазовое превращение – распад твердого раствора с образованием эвтектоида:

А → [Ф + Ц].

Эвтектоид носит название перлит (п). Перлит – это структура, состоя­щая из двух фаз: феррита и цементита, частицы которых имеют пластинчатое строение (рис. 2.22, а).

Стали с содержанием углерода менее 0,8 % называются доэвтектоидными. В доэвтектоидных сталях при медленном охлаждении из аустенитной области ниже линии Ас₃сначала происходит полиморфное равновесное превращение по реакции А→Ф, а затем при достижении температуры А_с1– эвтектоидный распад аустенита.

Таким образом, доэвтектоидная сталь после охлаждения до комнатной температуры в результате двух фазовых превращений имеет фазовый состав: Ф+П (табл. 2.7, рис.2.22, б).

Стали с содержанием углерода более 0,8 % называются заэвтектоидными. В этих сталях при охлаждении ниже линииA_cm происходит распад аустенита по реакции: А→ Ц_II. Аустенит при температуре ниже А₁претерпевает эвтектоидный распад с образованием перлита.

В результате двух фазовых превращений заэвтектоидная сталь после охлаждения имеет фазовый состав: П + Ц (рис. 2.21, в).

Таблица 2.7

Фазовый состав сталей после отжига в зависимости от содержания углерода

Концентрация углерода в сталях	Фазовый состав и структура
0,006 - 0,02	Ф + Ц
0,02 - 0,80	Ф + П[Ф + Ц]
0,8	П
0,8 -2,14	П + Ц

Отжиги второго рода в сталях (специальные отжиги) носят названия: перекристаллизационный; сфероидизирующий; нормализация.

Эти отжиги имеют различные температурно-временные параметры, различные конечную структуру и свойства. Однако, благодаря длительным выдержкам при высоких температурах и охлаждению с применением печного оборудования или на воздухе, их конечный фазовый состав соответствует диаграмме состояния «железо-цементит».

Для термической обработки сталей важным структурным параметром является размер зерна аустенита. Размер зерна, полученный при нагреве в высокотемпературную аустенитную область, не изменяется после охлаждения до комнатной температуры. Он как бы «наследуется» перлитной, перлито - ферритной, перлито - цементитной структурами. Размер зерна аустенита определяет и размер пластин феррита и цементита, образующихся по эвтектоидной реакции.

Размер зерна «бывшего аустенита» определяет такие характеристики сталей, как временное сопротивление разрыву, предел текучести, предел выносливости (по механизму зернограничного упрочнения), а также и ударную вязкость.

Зерно аустенита укрупняется («растет») при значительном превышении линии Ас₃ во время нагрева. Причиной этого является инициируемое температурой стремление структуры к минимуму свободной энергии, которая в данном случае уменьшается за счет поверхностной энергии.

В связи с этим при термообработке рекомендуется нагрев до температур, превышающих А_с3 не более чем на 50°С. Однако в практике термообработки возможно нарушение режима нагрева, в результате которого происходит укрупнение зерна из-за значительного превышения температуры выше Аc₃ (так называемый «перегрев»). Перегрев возможен и при горячей обработке давлением. В любом случае полученная в результате перегрева крупнозернистая структура стали является дефектной и требует исправления.

Таблица 2.8