Аустенит

Аустенит (англ. "austenite") – [от имени английского металлурга У.Робертса-Остена (W.Roberts-Austen; 1843-1902)] – это структурная составляющая, фаза железоуглеродистых сплавов; твёрдый раствор углерода (до 2%) и легирующих элементов в γ-железе. Аустенит немагнитен; плотность его больше, чем других структурных составляющих сплава. В углеродистых сталях и чугунах аустенит устойчив выше 723°С.

Структура аустенита

Аустенит имеет г.ц.к. структуру γ-Fe. Структуре аустенита характерно следующее:

• Период решётки γ-Fe линейно возрастает от 0,3637 нм при 911°C до 0,368 нм при 1390°C.
• Углерод растворяется в γ-Fe в виде C⁴⁺ и занимает октапоры, образуя твёрдые растворы внедрения.
• С увеличением содержания углерода в аустените период решётки γ-фазы увеличивается.

Кристаллическую структуру аустенита можно представить себе как гранецентрированную решётку, состоящую из атомов железа, в которую внедрены атомы углерода меньшего размера. Так как атом углерода больше размеров поры (свободного места в г.ц.к.-решётке), то при попадании его в решётку железа последняя искажается и это делает остальные поры недоступными для других атомов углерода. Структуру аустенита можно стабилизировать с помощью легирования, так как все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существования его аллотропических модификаций, в частности - аустенита.

Другими словами структура аустенита получается при высоком содержании в стали легирующего элемента (Ni, Mn и др.), расширяющего область γ-фазы.

Дополнительно см. на странице Аустенитные стали.

Остаточный аустенит

Типичная структура мартенсита закалённой стали имеет игольчатый вид. Аустенит, который существует при нормальной температуре наряду с мартенситом, называется остаточным аустенитом. При наличии значительных количеств остаточного аустенита (практически более 20-30%) он обнаруживается металлографически в виде светлых полей между иглами мартенсита. Количество остаточного аустенита в стали, фиксируемое закалкой, зависит от положения мартенситной точки. Чем ниже мартенситная точка, тем больше остаточного аустенита. Поэтому углерод, снижая мартенситную точку, увеличивает количество остаточного аустенита. Закалённые малоуглеродистые стали почти не содержат остаточного аустенита (содержание остаточного аустенита в сталях <0,6% равно ~2-3%), но высокоуглеродистые стали содержат его в большом количестве [3].

Присутствие остаточного аустенита в структуре мартенситной (закалённой) стали снижает твердость и является нежелательным явлением.

При нагревании остаточный мартенсит распадается с различными вариантами развития событий, в зависимости от первоначального количества остаточного аустенита, а также степени концентрации углерода в остаточном аустените (Превращения в сталях при отпуске, [4]).

Твёрдость аустенита

На твёрдость аустенита влияют различные факторы, прежде всего - содержание растворённого углерода (и других легирующих элементов, образующих твёрдые растворы замещения), следовательно чёткого и единственного значения твёрдости аустенита быть не может (известен лишь порядок значений твёрдости аустенита). Поэтому значения твёрдости аустенита, как правило, указываются в некотором диапазоне, и поэтому в разных источниках мы находим несколько отличающиеся значения твёрдости аустенита. Например, согласно [5] твердость аустенита по Бринеллю 160-200 HB.

При металлографическом анализе в каждом конкретном случае (сплав, отливка) желательно определять твердость аустенита экспериментальным образом, набирая дополнительную статистическую информацию (см. Твёрдость, Микротвёрдость).

Образование аустенита

Образование аустенита при нагреве [4]. Места преимущественного образования аустенита - на границе раздела фаз феррит - цементит. В феррито-перлитной структуре превращение в аустенит происходит сначала в перлитных объёмах. В грубопластинчатом перлите не только образование, но и рост аустенита может проходить по поверхности раздела карбид - феррит.

До полного образования гомогенного аустенита во всём объёме, на каждом этапе превращения по мере повышения температуры в аустените могут оставаться нерастворённые фазы.

На размер образующихся аустенитных зёрен влияют многие факторы (исходный размер зерна, характер исходной структуры, скорость нагрева, температура аустенизации, характер плавки: степень раскисления, наличие неметаллических включений и др.). Добавки легирующих элементов также оказывают различное влияние на образование аустенита.

Ход превращения феррито-карбидной структуры в аустенит (особенно в случае легирования стали стали карбидообразующим элементом) происходит в три этапа:

1. образование аустенита во всём объёме;
2. растворение карбида;
3. гомогенизация аустенита.

Диаграмма превращения аустенита: см. на странице Изотермическое превращение аустенита.