IMG78

8. Przemiany fazowe i strukturalne w stalach w procesie spawania

8.1. Przemiany fazowe w procesie nagrzewania stali

Mechanizm powstawania austenitu w warunkach ciągłego nagrzewania i w warunkach izotermicznego wygrzewania jest w zasadzie taki sam, jednakże kinetyka może być w obu wypadkach różna. W pierwszym wypadku podczas powolnego ciągłego nagrzewania procesy dyfuzyjne zachodzą bardziej intensywnie niż w drugim wypadku, co powoduje szybsze rozpuszczanie węglików i przyspiesza homogenizację austenitu. Jednakże wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania temperatura początku przemiany istotnie wzrasta. Krótki czas przebywania materiału w danej temperaturze powoduje, że rozpuszczanie węglików opóźnia się i wzrost temperatury końca przemiany staje się jeszcze bardziej wyraźny, a zatem temperaturowy zakres przemiany się rozszerza.

W czasie szybkiego nagrzewania zarówno stali podeutektoidalnych, jak i nadeutekto-idalnych w austenicie pozostaje duża .ilość nierozpuszczonych węglików, które całkowicie rozpuszczają się dopiero w temperaturach znacznie przewyższających temperaturę Ac₃. W podeutektoidalnych stalach z dodatkami pierwiastków silnie węglikotwórczych (Mo, W, a szczególnie V, Ti, Nb) węgliki w warunkach ciągłego nagrzewania nie rozpuszczają się całkowicie nawet w bardzo wysokich temperaturach. Zjawisko to nie sprzyja homogenizacji austenitu i hamuje rozrost ziaren. Na rysunku 8.1 przedstawiono wykres przemiany perlitu i ferrytu w austenit w czasie ciągłego nagrzewania stali zawierającej 0,17% C i 1,34% Mn. Wraz ze wzrostem szybkości nagrzewania do pewnej wartości temperatura początku przemiany perlitu w austenit zmienia się nieznacznie, dopiero przy większych prędkościach zaczyna się wyraźnie podnosić. Odpowiednio zmienia się również temperatura końca przemiany.

W czasie cyklu cieplnego towarzyszącego spawaniu materiał w strefie wpływu ciepła doznaje gwałtownych zmian temperatury. Przemiany fazowe występujące w tej strefie przebiegają więc w warunkach znacznie odbiegających od warunków równowagi. Kinetyka przemiany a —> y zachodzącej w szybkim cyklu spawalniczym może się więc znacznie różnić od opisu odnoszącego się do procesów normalnej obróbki cieplnej.

W czasie szybkiego nagrzewania, oprócz procesu zarodkowania austenitu na granicy międzyfazowej feriyt - cementyt oraz dyfuzji węgla wewnątrz ziarna austenitu, istnieje możliwość zarodkowania austenitu wewnątrz ziaren ferrytu w miejscach niejednorodności koncentracji węgla. Przemiana ferrytu w austenit może się kończyć w temperaturze znacznie wyższej od A,, lecz zawsze przed zakończeniem rozpuszczania się cementytu.