Рост зерна аустенита при нагреве

Зерна аустенита, образующиеся при нагреве стали выше критической точки Ас, получаются мелкими (начальное зерно аустенита). При дальнейшем повышении температуры нагрева или длительности выдержки при данной температуре происходит рост зерна аустенита. Зерно обычно растет самопроизвольно — слиянием и поглощением более мелких зерен более крупными, т. е. путем увеличения размера одних зерен за счет других в результате стремления всей системы к уменьшению свободной энергии (вследствие сокращения поверхности зерен) и к увеличению термодинамической устойчивости. Движущей силой роста зерна аустенита является разность свободных энергий мелкозернистой структуры (где поверхностная энергия очень велика) и крупнозернистой структуры аустенита.

При росте зерна атомы переходят (в результате самодиффузии) от соседнего зерна к растущему через границу, вследствие чего границы зерен перемещаются.

Склонность к росту зерна с повышением температуры у сталей различная. Под наследственной зернистостью подразумевается склонность аустенитного зерна к росту при повышении температуры.

По склонности к росту зерна различают стали наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые.

В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до 1000—1050°С зерно увеличивается незначительно, по при более высоком нагреве начинается бурный рост зерна, В наследственно крупнозернистой стали уже при небольшом нагреве выше А_С, происходит очень сильный рост зерна.

Наследственно мелкозернистыми являются стали, раскисленные в процессе выплавки алюминием, образующим устойчивые дисперсные частицы, которые при затвердевании стали располагаются по границам зерен, образуя барьер, и препятствуют pocтy зерна при нагреве. Однако такое торможение pocтa зерна аустенита существует только до определенной температуры нагрева, при которой происходит растворение частиц раскислителя, и зерно растет дальше в большей степени, чем в наследственно крупнозернистой стали.

Стали, раскисленные в процессе выплавки кремнием и марганцем, с повышением температуры склонны к непрерывному росту зерна, т. е. являются наследственно крупнозернистыми.

Термины наследственно крупнозернистая и наследственно мелкозернистая сталь не означают, что данные стали всегда будут иметь крупное или мелкое зерно. Наследственное зерно означает лишь, что крупнозернистая сталь будет иметь крупное зерно при более низких температурах нагрева по сравнению с мелкозернистой. Поскольку наследственно мелкозернистая сталь при высокой температуре нагрева может иметь более крупное зерно аустенита, чем наследственно крупнозернистая, введено понятие действительного зерна, т. е. зерна аустенита, определяемого температурой нагрева, продолжительностью выдержки при ней и склонностью данной стали к росту зерна при нагреве. От размера зерна аустенита, образовавшегося при нагреве (действительного зерна), зависит размер зерна продуктов распада аустенита при охлаждении. Если зерно аустенита мелкое, то и продукты распада аустенита получаются мелкими, т. е. действительное зерно при последующем охлаждении не изменяется.