Austenit tworzy się w stalach niestopowych w wyniku przemiany eutektoidalnej a także w wyniku przemian ferrytu w stalach podeutektoidalnych. Zarodki powstają na granicach międzyfazowych.
Rozpuszczanie pierwiastków stopowych w powstającym austenicie w stalach stopowych wymaga dyfuzji na duże odległości i zachodzi wolniej. Najtrudniej rozpuszczają się węgliki wanadu, niobu, tytanu, łatwiej chromu a najłatwiej cementyt.
W miarę wzrostu temperatury w stalach drobnoziarnistych ziarna austenitu rosną najpierw bardzo wolno a poczynając od pewnej temperatury następuje ich gwałtowny wzrost.
W stalach gruboziarnistych rozrost ziarna austenitu następuje zaraz po zakończeniu przemiany perlitu w austenit.
Podczas wolnego chłodzenia austenitu: austenit perlit dla stali podeutektoidalnych, wydzielenie cementytu II dla nadeutektoidalnych.
Wydzielanie ferrytu z austenitu przy chłodzeniu rozpoczyna się po przekroczeniu linii GS i trwa do rozpoczęcia przemiany eutektoidalnej. Im mniejsza zawartość węgla tym szerszy temperaturowy zakres wydzielanie ferrytu z austenitu. W stalach przegrzanych wydzielenia ferrytu mogą tworzyć strukturę Widmanstattena.
W stalach nadeutektoidalnych przemianę austenitu w perlit poprzedza wydzielenie cementytu drugorzędowego .
Przemiana austenitu w perlit zachodzi po ochłodzeniu austenitu poniżej temperatury Ar1. Zarodki perlitu powstają na granicach ziarn austenitu. W kierunku wnętrza ziarna zaczyna rosnąć płytka cementytu, wzrost powoduje zmniejszenie stężenia węgla umożliwiając powstawanie ferrytu. Ze wzrostem przechłodzenia austenitu rośnie liczba zarodków perlitu a także szybkość narastania faz w perlicie. Im cieńsze płytki ferrytu i cementytu tym twardsza stal.
Banit górny - powtaje między 550-400°C w wyniku przemiany pośredniej z austenitu. Składa się z ziarn przesyconego węglem ferrytu między którym oraz wewnątrz znajdują się nieregularne wydzielenia cementytu. Banit górny ma charakter pierzasty, natomiast stal o takiej samej strukturze wykazuje małą odporność na pękanie.
Banit dolny - powstaje przy temp. poniżej 400°C. Listwowy charakter przesyconego ferrytu zbliżony do struktury martenzytycznej oraz występowanie drobnodyspersyjnych wydzieleń węglików wewnątrz listew ferrytu.
Przemiana martenzytyczna - przebudowa struktury krystalicznej z RSC na RPC martenzytu. Zachodzi tylko w warunkach ciągłego chłodzenia. Zachodzi z dużą prędkością. W stopach metali nieżelaznych przemiana bywa odwracalna, a w stalach jest nieodwracalna. .
Cechy morfologiczne martenzytu: 1.listwowy dyslokacyjny lub listwowy dyslokacyjny częściowo zbliźniaczony (duża gęstość dyslokacji, równoległe listwy tworzące pakiety) 2. płytkowy całkowicie zbliźniaczony lub płytkowy dyslokacyjny częściowo zbliźniaczony (kształt soczewek).
Odpuszczanie - polega na nagrzaniu stali zahartowanej, wygrzaniu przy tej temp. i ochłodzeniu to temp. pokojowej. Wykonywać zaraz po hartowaniu. Siła napędowa przemian to różnica energii swobodnej między martenzytem a mieszaniną ferrytu i wydzieleń węglików.
Wydzielenia martenzytu w stalach niestopowych - zmniejszenie stężenia C i zmniejszenie tetragonalności martenzytu. Zmniejszenie naprężeń ściskających powoduje, że dochodzi do przemiany austenitu szczątkowego w martenzyt odpuszczony. Rozpoczyna się II stadium odpuszczania w którym następuje przemiana węglików przejściowych w cementyt. W III stadium odpuszczania zachodzi dalsze wydzielenie cementytu oraz jego koagulacja.
Wydzielenia martenzytu w stalach stopowych zachodzą podobnie jak w niestopowych. Pierwiastek stopowy koncentruje się w cementycie dopóki nie osiągnie granicznej rozpuszczalności po czym następuje przemiana cementytu w nowy węglik.
Wyżarzanie - zabieg obróbki cieplnej polegający na nagrzaniu stali do określonej temp., wytrzymaniu przy tej temp. i powolnym studzeniu. Celem tego jest przybliżenie stanu stopu do warunków równowagi.
Rodzaje:
Ujednorodniające - zmniejszenie niejednorodności składu chemicznego - nagrzanie stali do 1250°C, wygrzanie i studzenie.
Zupełne - uzyskanie struktur zbliżonych do stanu równowagi, zmniejszaie twardości i zwiększanie ciągliwości, usunięcie naprężeń, polepszenie obrabialności - nagrzanie do 30-50°C wyższej od Ac3 wygrzanie i bardzo wolne studzenie.
Niezupełne - odmiana zupełnego gdy postać wydzieleń ferrytu, cementytu jest prawidłowa - nagrzanie do temp. Ac1-Ac3, wygrzanie i chłodzenie.
Z przemianą izotermiczną - zmniejszenie twardości - nagrzanie do 30-50°C wyższej od Ac1 wygrzanie i szybkie studzenie, wytrzymanie Izotermiczne przy 550°C aż do zakończenia przemiany perlitycznej.
Sferoidyzujące - zmniejszanie twardości - nagrzanie do temp. zbliżonej do Ac1wygrzanie i bardzo wolne chłodzenie do 600°C.
Odprężające - usunięcie naprężeń odlewniczych, spawalniczych, cieplnych oraz po przeróbce plastycznej - nagrzanie do temp niższej od Ac1, wygrzanie i wolne studzenie.
Rekrystalizujące - spowodowanie rekrystalizacji - nagrzanie do temp. wyższej od temp. rekrystalizacji, wygrzanie i dowolne chłodzenie.
Hartowanie - martenzytyczne (nagrzanie do temp. austenityzowania, wygrzanie i chłodzenie z szybkością większą od krytycznej w wyniku czego zachodzi tylko przemiana martenzytyczna) i banityczne (stal chłodzona jest z szybkością mniejszą od krytycznej lub stosuje się chłodzenie z wytrzymaniem izotermicznym powyżej temperatury MS aż do zajścia przemiany banitycznej).
Hartowność - zdolność stali do tworzenia struktury martenzytycznej. Na hartowność wpływają: skład chemiczny austenitu, wielkość ziarna austenitu, jednorodność austenitu, obecność nierozpuszczonych cząstek.
Określanie hartowności: na przełomie, metodą krzywych U, próbą chłodzenia od czoła, metodą obliczeniową Grossmanna.
Hartowność stali jest wtedy wystarczająca, gdy na przekroju miarodajnym hartowanego elementu tworzy się tylko martenzyt i banit dolny.
Temperatura hartowania stali stopowych i niestopowych: 30-50°C wyższe od Ac3 - podeutekt, 30-50°C wyższe od Ac1 dla nadeut.
Ośrodki chłodzące: woda, wodne roztwory soli zasad i polimerów, oleje hartownicze, kapiele solne i metaliczne, ośrodki fluidyzowane, powietrze i inne gazy.
Rodzaje hartowania: objętościowe (zwykłe, stopniowe, przerywane, banityczne), powierzchniowe (indukcyjne, płomieniowe).
Stal po zahartowaniu - zyskuje na twardości, wytrzymałości, wzrasta jej granica plastyczności i sprężystości, maleje zaś udarność wydłużenie, przewężenie i obrabialność.
Rodzaje odpuszczania:
Niskie (150-250°C do narzędzi do pracy na zimno, sprężyn - usunięcie naprężen hartowniczych)
Średnie (250-500°C dla resorów, sprężyn, części broni - twardość się trochę zmniejsza, ale zostaje zachowana sprężystość i wytrzymałość i zwiększa się odporność na pękanie)
Wysokie (500°C-Ac1 częsci silników, układów kierowniczych -kombinacja własności plastycznych i wytrzymałościowych )
Przesycanie i starzenie - nagrzanie stopu do zakres istnienia jednorodnego roztworu stałego celem rozpuszczenia wydzielonej fazy, wygrzaniu i szybkim chłodzeniu by nie doszło do wydzielenia się znowu tej fazy.
Nawęglanie - uzyskanie twardej, odpornej na ścieranie warstwy przy zachowaniu ciągliwego rdzenia. Nawęglanie polega na nasyceniu węglem wszystkich warstw części wykonanych ze stali niskowęglowych. Nagrzanie niskowęglowej stali, wytrzymanie przez żadany czas oraz powolne chłodzenie.
Azotowanie - Otrzymanie bardzo twardej i odpornej na ścieranie warstwy wierzchniej bez potrzeby dalszej obróbki cieplnej. Zwiększa odporność na korozję oraz wytrzymałość zmęczeniową.
Węgloazotowanie - zwiększa twardość, odporność na ścieranie, poprawia wytrzymałość zmęczeniową.
Metalizowanie dyfuzyjne - nasycanie powierzniowej warstwy przedmiotów stalowych lub żeliwnych składnikami metalicznymi.
Chromowanie - zwiększa twardość warstwy powierzchniowej. Poprawa odporności na korozję i żaroodporności. Nasycanie chromem przedmiotów wykonanych ze stali.