Структура легированных сталей в нормализованном состоянии

Стали подвергшиеся легированию в зависимости от их структуры, которая получается после нормализации – нагрева до 900° С и последующего охлаждения на воздухе, делятся на 5 классов: перлитный; мартенситный; аустенитный; ферритный; карбидный.

По мере увеличения содержащихся легирующих элементов, устойчивость аустенита в интервале температур перлитного превращения увеличивается, а температурная область мартенситного превращения уменьшается. Это схематично показано на диаграмме распада аустенита, изображённого на рисунке 3.1.1.

Рисунок 3.1.1. Диаграмма изотермического распада аустенита для сталей трёх классов (схема)

В зависимости от количества элементов легирования и содержания С при заданной скорости охлаждения на воздухе, можно получить разную структуру.

Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов, их количество менее 5 – 7%. Для данных сталей, как и для углеродистых, кривая скорости охлаждения при нормализации будет пересекать С – образные кривые перлитного распада. Значит, будут получаться структуры перлитного типа, например перлит, сорбит и тростит.

Стали мартенситного класса содержат большее количество легирующих элементов, их количество обычно достигает 7 – 15%. В присутствии Ni, даже при общем количестве легирующих элементов примерно 5%, сталь может относиться к мартенситному классу. Содержание в сталях мартенситного класса обычно не превышает 0,55% C. Область перлитного распада в этих сталях сдвигается вправо, из-за этого охлаждение на воздухе приводит к переохлаждению аустенита до температур мартенситного превращения, там и происходит образование мартенсита[16].

Стали аустенитного класса содержат более 15% легирующих элементов, в том числе не менее 8% Ni или около 13% Mn. В большинстве этих сталей содержание C не превышает 0,2%. Легирующие элементы, такие как Ni, при растворении в аустените, очень сильно повышают его устойчивость. При этом не только сдвигается вправо область перлитного распада, но и точка начала мартенситного превращения снижается в область отрицательных температур. В результате сталь, охлажденная на воздухе до комнатной температуры, сохраняет аустенитную структуру.

Стали ферритного класса содержат 17 – 30% Cr или не менее 2,5% Si. Это стали с небольшим содержанием углерода, в них С не превышает 0,2%. Растворяясь в феррите, Cr очень сильно увеличивает его устойчивость. Такие стали практически не имеют фазовых превращений при нагреве вплоть до плавления, т. е. сохраняют ферритную структуру во всех интервалах температур.

К сталям карбидного или ледебуритного класса относят стали с высоким содержанием углерода, его количество не превышает 0,7%, легированные большим количеством карбидообразующих элементов, преимущественно W, V, Mo, Cr. Легирующие элементы образуют с C огромное число специальных карбидов. Уже в процессе кристаллизации стали образуются карбиды, входящие в состав эвтектики, напоминающей ледебурит. При охлаждении в сталях карбидного класса, схоже сталям мартенситного класса, основа структуры получается мартенситной.

Микроструктуры сталей разных классов в нормализованном состоянии показаны на рисунке 3.1.2.

а) перлит и феррит; б) мартенсит игольчатый; в) аустенит; г) феррит;

д) бесструктурный мартенсит и карбиды.

Рисунок 3.1.2. Микроструктуры сталей различных классов в нормализованном состоянии, увеличение в 100 раз

Дата добавления: 2015-07-13