Базалеева_Наумова_Металлография_часть 2 (Базалеева Наумова Металлография - часть 2), страница 8

Формирование в процессе термической обработки крупнозернистого аустенита отрицательно сказывается на комплексе механических свойствсталей. Все легирующие элементы, кроме Mn и B, уменьшаютсклонность к росту аустенитного зерна. Элементы, не образующиекарбидов в сталях, относительно слабо влияют на размер зернаγ-фазы, тогда как сильные карбидообразующие элементы значительно измельчают его. Это связано с тем, что мелкие, не раство55ряющиеся в аустените карбидные частицы, оседая по границамзерна γ-твердого раствора, являются барьером для движения границы, т. е. препятствуют росту зерна. Таким образом, чем болеесильный карбидообразующий элемент входит в состав стали, темменьше склонность к росту аустенитного зерна.Кинетика распада аустенитного твердого раствора описываетсяС-образной кривой.

Подавляющее большинство легирующих элементов, растворяющихся в феррите или цементите, замедляютпроцесс распада аустенита, т. е. сдвигают С-образную кривуювправо (схематично это показано на рис. 4.3). Исключение составляет Co. Замедление распада аустенита в легированных сталяхобъясняется уменьшением скорости диффузионных процессов:превращения в углеродистых сталях сопровождаются только диффузией углерода, который является атомом внедрения, а при превращениях в легированных сталях дополнительно идет перераспределение атомов легирующих элементов, которые имеют меньшую подвижность по сравнению с углеродом.Рис. 4.3. Диаграмма изотермического распада аустенита нелегированной (а) и легированной (б) сталейЛегирующие элементы, образующие карбиды первой группы,по-разному влияют на скорость распада аустенита в разных температурных интервалах.

Так, в интервале 700…500 С распадаустенита с образованием перлита несколько замедляется, в интервале температур 500…400 °С этот же распад замедляется ещесильнее, а в интервале 400…300 °С распад аустенита с образованием бейнита ускоряется. Таким образом, в сталях, легированныхCr, Mo, W, наблюдаются два максимума скорости изотермического распада аустенита, разделенных областью высокой устой56чивости переохлажденного аустенита, причем первый максимумсоответствует переходу аустенита в перлитную структуру, а второй — в бейнитную.

С-образная кривая для этого случая приведена на рис. 4.4.Рис. 4.4. Влияние разных групп легирующих элементов на диаграмму изотермического распада аустенита:а — легирующие элементы, не образующие карбиды I группы; б — легирующие элементы, образующие карбиды I группы; 1 — нелегированная сталь; 2 — легированная стальВлияние сильных карбидообразующих элементов, таких как V,Nb, Ti, на кинетику распада аустенитного твердого раствора неоднозначно. Так как эти элементы формируют труднорастворимые ваустените карбиды II группы, то при температурах закалки800...900 °С они остаются связанными в карбиды и в γ-твердыйраствор не переходят. В результате происходит ускорение распадааустенитного твердого раствора, так как карбидные включениявыступают в роли готовых центров для формирования перлитнойструктуры.

При высоких же температурах закалки, при которыхкарбидные частицы растворяются, сильные карбидообразующиеэлементы замедляют процесс распада аустенита.Способность легирующих элементов замедлять распад аустенита при температурах перлитного превращения имеет большое57практическое значение. Смещая С-образную кривую вправо, легирующие элементы тем самым понижают критическую скоростьохлаждения, в результате чего прокаливаемость легированныхсталей значительно повышается и, кроме того, появляется возможность проводить закалочное охлаждение в средах с меньшейохлаждающей способностью, что в свою очередь позволит уменьшить закалочные напряжения.Интересно, что малые добавки, например, бора существенноповышают прокаливаемость стали, в то время как более высокиеего концентрации такого действия не оказывают.

Содержаниебора, обеспечивающее максимальную прокаливаемость, составляет 0,002...0,006 %; при большей его концентрации на границах аустенитного зерна появляются бориды, действующие какцентры распада перлита, и прокаливаемость при этом уменьшается.Легирующие элементы, не изменяя кинетики мартенситногопревращения, влияют на его температурный интервал, т. е. на положение точек Мн, Мк. Положение мартенситных точек в своюочередь сказывается на количестве остаточного аустенита, фиксируемого в стали после закалки.Al и Co повышают мартенситные точки, т. е.

понижают количество аустенита остаточного после закалки, Si не влияет на положение температур Мн, Мк, остальные же легирующие элементыпонижают температуры Мн, Мк, т. е. повышают концентрациюостаточного аустенита после закалки.Как уже говорилось ранее, практически все легирующие элементы замедляют диффузионные процессы в сталях. Так какпроцессы, протекающие при отпуске, являются диффузионными, они также замедляются. Некоторые легирующие элементы,такие как Ni, Mn, незначительно влияют на скорость превращений при отпуске, но большинство легирующих элементов — Cr,Mo, Si и другие — сильно замедляют их.

Особенно это становится заметно на стадии карбидного превращения и коагуляции. Таким образом, для получения аналогичных структурных состояний при отпуске легированные стали необходимо нагревать доболее высоких температур или увеличивать продолжительностьвыдержки при температуре отпуска по сравнению с углеродистыми сталями.58Классификация легированных сталей по структуреПрименяются две классификации легированных сталей поструктуре: классификация по равновесной структуре, т. е.

послеотжига (по Обергофферу), и классификация по структуре посленормализации (по Гийе).В классификации по Обергофферу можно выделить следующиеструктурные классы:перлитный, который в свою очередь подразделяется на• доэвтектоидный;• эвтектоидный;• заэвтектоидный;ледебуритный (или карбидный);аустенитный;ферритный.В сталях перлитного класса (доэвтектоидного, эвтектоидного изаэвтектоидного) протекают те же превращения, что и в обычныхуглеродистых сталях, а следовательно, и структура формируется вних та же.

В доэвтектоидных сталях это перлит с ферритом избыточным, в эвтектоидных — один перлит, а в заэвтектоидных —перлит с карбидами вторичными (в легированных сталях из аустенита может выделяться не только цементит, но и специальныекарбиды). На рис. 4.5 представлена структура стали заэвтектоидного перлитного класса.Рис. 4.5.

Структура стали заэвтектоидного перлитного класса59Стали перлитного класса широко применяются в качестве конструкционных материалов.В сталях ледебуритного класса при охлаждении из жидкогосостояния протекает эвтектическое превращение, в результате чегов структуре формируется ледебурит. Как известно, структура ледебурита не характерна для сталей, она появляется при концентрации углерода более 2,14 % в белых чугунах. Однако большинстволегирующих элементов сдвигают точку Е диаграммы состоянияFe — Fe3C (см.

рис. 1.1) в сторону меньших концентраций углерода. Например, в стали, легированной 5 % Cr, точка Е соответствует1,5 % С. Кроме того, так как в легированных сталях замедленнывсе диффузионные процессы, в них гораздо сильнее, чем в углеродистых будет выражена дендритная ликвация, т. е.

химическая неоднородность. Так, в стали Р18 (Fe — 18 % W — 4 % Cr —1 % V — 0,8 % C) одновременно могут присутствовать области cоструктурой ледебурита (4,3 % С) и области δ-феррита, в которыхсодержание углерода не больше 0,5 %.В литом состоянии в структуре стали ледебуритного классаприсутствуют ледебурит и аустенит или продукты его распада(троостит или мартенсит). Присутствие ледебурита в структурестали придает ей хрупкость. Поэтому слитки сталей ледебуритного класса подвергают ковке и отжигу для равномерного распределения карбидных включений эвтектического происхождения.

После ковки и отжига структура этих сталей представляет собой перлит с включениями карбидов, но от заэвтектоидных перлитныхсталей ледебуритные отличаются присутствием не только вторичных, но и более крупных эвтектических карбидов. Структура сталиледебуритного класса после ковки и отжига показана на рис. 4.6.Стали ледебуритного класса содержат значительное количествоуглерода и легированы сильными карбидообразующими элементами. Эти стали применяются, как правило, в качестве инструментальных, например, быстрорежущие стали: Р18, Р6М5 и др. Послековки и отжига стали ледебуритного класса подвергают закалке вмасле температурой 1220...1290 °С и трехкратному отпуску притемпературах 550...570 °С в течение 45...60 мин. Температура подзакалку должна быть максимально высокой, чтобы растворить какможно большее количество карбидов и получить высоколегированный аустенитный твердый раствор, но при этом не допустить роста60Рис.

4.6. Структура стали ледебуритного классааустенитного зерна. При нагреве под закалку первичные карбиды ваустените не растворяются и сдерживают рост аустенитного зерна.Большое количество легирующих элементов в аустените приводит ксильному снижению мартенситных точек. В результате после закалки при комнатной температуре в стали может быть зафиксировано до 35 % остаточного аустенита. Трехкратный отпуск при температурах 550...570 °С приводит к практически полному распадуаустенита на мартенсит отпуска и карбиды.На рис.

4.7 показана структура стали аустенитного класса. Ваустенитной стали, кроме кристаллов γ-твердого раствора, могутприсутствовать частицы вторичных карбидов. В зернах аустенитачасто наблюдаются двойники отжига. Стали этого структурногокласса легированы значительным количеством элементов γ-стабилизаторов и содержат малое количество углерода (см. рис. 4.1, а).В этих сталях γ-твердый раствор стабилен от линии солидус докомнатной температуры, и полиморфного превращения в них ненаблюдается. В ряде случаев к сталям аустенитного класса относятсплавы, в структуре которых, исходя из данных диаграммы равновесия (см. рис.

1.1), при комнатной температуре должен присутствовать феррит, но в реальных условиях охлаждения и эксплуатации он выделиться не успевает, т. е. аустенит в таких сталях метастабилен.61Рис. 4.7. Структура стали аустенитного классаСтали аустенитного класса нашли применение в качестве коррозионно-стойких, жаростойких и жаропрочных материалов.К аустенитным сталям относятся 08Х18Н10Т, Х25Н16Г7АР и др.В сталях ферритного класса также нет полиморфного превращения.

В этих сталях во всем температурном интервале от линиисолидус до комнатной температуры равновесна α-фаза. Кромеферрита в структуре может присутствовать небольшое количествотретичных карбидов. Ферритные стали можно отличить от аустенитных по магнитным свойствам (феррит — ферромагнитен, ааустенит — парамагнитен). Кроме того, в зернах аустенита частоприсутствуют двойники отжига, которые не характерны для феррита (рис. 4.8). Ферритные стали легированы значительным количеством α-стабилизаторов и содержат малое количество углеродаи γ-стабилизаторов.Ферритные стали нашли применение в качестве магнитомягких(электротехнические стали с кремнием) и коррозионно-стойких(0Х13, 12Х17 и др.) материалов.Кроме сталей аустенитного и ферритного классов, существуютаустенитно-ферритные или полуаустенитные и ферритноаустенитные или полуферритные стали.