Распад мартенсита

Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске закаленной стали

Общие закономерности влияния легирующих элементов на процессы, происходящие при отпуске закаленной стали, а, следовательно, и свойства такой стали после закалки и отпуска, имеют большое значение для практики термической обработки различных конструкционных и инструментальных сталей.

При отпуске закаленной стали протекают процессы распада мартенсита, образования цементита и специальных карбидов, их коагуляция, распад остаточного аустенита, возврат и рекристаллизация матрицы.

Рассмотрим влияние легирующих элементов на отдельные процессы, происходящие при отпуске закаленной стали.

Распад мартенсита включает формирование сегрегаций атомов углерода и легирующих элементов в твердом растворе у дефектов кристаллического строения, образование предвыделений и выделение углерода и легирующих элементов в карбидную фазу. При этом мартенсит углеродистых сталей, имеющий объемно-центрированную тетрагональную (ОЦТ) решетку, переходит в феррит с ОЦК решеткой. В легированной стали начальные стадии распада мартенсита (150-200°С) практически протекают так же, как и в углеродистой стали.

Легирующие элементы слабо влияют на кинетику распада мартенсита до температур отпуска 150-200°С и существенно изменяют ее при более высоких температурах. Карбидообразующие элементы (Сr, Мо, W, V, Nb) сильно замедляют распад мартенсита –

выделение из него углерода. Если в углеродистой стали практически весь углерод выделяется из мартенсита при 250-300°С, то в сталях с карбидообразующими элементами этот процесс сдвигается в сторону более высоких температур (до 400-500°С). Такое влияние этих элементов, очевидно, связано с уменьшением термодинамической активности углерода в растворе, т.е. с увеличением сил связи между атомами углерода и карбидообразующего элемента в растворе.

Некарбидообразующие элементы (Ni, Сu) и слабый карбидообразующий элемент марганец практически не задерживают выделение углерода из мартенсита, а по некоторым данным даже несколько ускоряют этот процесс. Исключение из некарбидообразующих элементов составляет кремний, который заметно задерживает распад мартенсита.

Изложенные закономерности иллюстрируются схемой рис.27, показывающей выделение углерода из мартенсита в карбидную фазу в углеродистой и легированных сталях. Как видно из схемы, карбиды цементитного типа начинают формироваться независимо от легирования при одной и той же температуре (t_ц). Однако в стали, легированной карбидообразующими элементами, при более высоких температурах цементита образуется меньше, так как большее количество углерода остается растворенным в мартенсите.

Рис. 27 - Схема выделения углерода из мартенсита и углеродистых (1), легированных некарбидообразующими элементами кроме кремния (2) и карбидообразующими элементами (3) сталях (обобщение по литературным данным)

Если в мартенсите растворены два карбидообразующих элемента, температуры образования специальных карбидов которых различаются, то на кривой 3 будет наблюдаться (штриховая часть кривой 3) второе интенсивное выделение углерода из мартенсита при температуре t_к2. При этой температуре возникает специальный карбид второго, более сильного карбидообразующего элемента. Значения температуры для хромистых сталей ориентировочно равны 400-500°С, для ванадиевых и молибденовых 500-550 °С, для ниобиевых и вольфрамовых 550-600°С.

Дата добавления: 2014-01-11