В процессе нагрева и охлаждения в сплавах происходят фазовые превращения, общие представления о которых можно получить из диаграммы состояния.

В данном разделе рассматриваются механизмы фазовых превращений в зависимости от условий нагрева и охлаждения сплавов.

При нагреве эвтектоидной стали (0,8 % С) выше Ас₁ происходит превращение:

Ф + Ц_II -> А

0,0 2% С 6,67 % С 0,8 % С

Превращение состоит из двух одновременно протекающих процессов: полиморфного a -> g (Fe_a -> Fe_g)перехода и растворения в аустените цементита.

Механизм процесса превращения перлита в аустенит состоит в зарождении зерен аустенита и их росте.

Образование зародышей аустенита с содержанием 0,8 % С возможно благодаря флуктуациям концентрации углерода в феррите. Зародыши аустенита возникают на межфазной границе раздела феррита и цементита, где больше вероятность флуктуационного возникновения в феррите участков критического размера с содержанием углерода примерно 0,8 %. Образовавшиеся зародыши аустенита растут благодаря интенсивной диффузии атомов углерода в аустените, что приводит к растворению цементита и превращению a -> g; одновременно зарождаются новые зерна аустенита (рисунок 32).

Рисунок 32 — Схема образования аустенитной структуры стали при нагреве

Рост участков аустенита в результате полиморфного a ® g превращения протекает быстрее, чем растворение цементита, поэтому после превращения феррита в аустенит в структуре стали сохраняется еще некоторое количество цементита и для его полного растворения изотермическая выдержка должна быть увеличена.

В результате превращения образуется совершенно новое зерно аустенита, отличное по размерам от зерна перлита. Таким образом, полной фазовой перекристаллизацией можно получить мелкозернистую структуру стали вместо крупнозернистой.

Скорость превращения ферритно-цементитной структуры в аустенитную зависит:

1. от дисперсности исходной структуры (чем тоньше ферритно — цементитная структура, тем больше возникает зародышей аустенита и быстрее протекает процесс аустенизации);
2. температуры (при температурах, близких к Ас₁, превращение идет несколько минут, при 800…850 ⁰С — в течение 5…10 секунд);
3. содержания углерода (чем больше в стали углерода, тем быстрее протекает процесс аустенизации);
4. содержания в стали легирующих элементов (карбидообразующие элементы Сr, Мo, W, V снижают скорость аустенизации, т.к. для растворения карбидов этих элементов требуется дополнительное время).