HomeЛегированная сталь › Влияние легирующих элементов на превращения стали при отпуске

Влияние легирующих элементов на превращения стали при отпуске

Влияние легирующих элементов на превращения стали при отпускеЗакаленная со скоростью, равной или большей критической, малолегированная сталь представляет обычно конгломерат мартенсита и остаточного аустенита. Соответственно процессы, происходящие при отпуске в легированной стали так же, как и в нелегированной стали, состоят из превращений мартенсита, остаточного аустенита и последующего, при более высоком нагреве, изменения продуктов их распада при непрерывном снижении напряжений и возможного наклепа фаз.

 

Однако легирующие элементы оказывают существенное влияние на скорость и температурные границы течения этих процессов, а также, в ряде случаев, вызывают возникновение новых явлений, не наблюдаемых при отпуске нелегированной закаленной стали.

 

Г. В. Курдюмовым показано, что присутствие легирующих элементов в небольших количествах (порядка нескольких процентов) слабо отражается на скорости и температурных границах протекания первой стадии отпуска: выделении из раствора части углерода и значительном уменьшении тетрагональности решетки мартенсита. Эта стадия распада мартенсита в легированной стали, как и в простой, заканчивается приблизительно около 200°.

 

Дальнейший распад мартенсита (вторая стадия отпуска), заключающийся, как известно, в постепенном, окончательном выделении из твердого раствора углерода, заканчивается в нелегированной стали около 350°. Г. В. Курдюмовым установлено, что карбидообразующие элементы чрезвычайно энергично замедляют эту стадию распада мартенсита, сдвигая температуру окончательного распада мартенсита в сторону более высоких значений.

 

Задерживающее влияние карбидообразующих элементов на окончательный распад мартенсита при отпуске проявляется особенно сильно, когда в стали карбидообразующие элементы присутствуют в больших количествах; в этом случае иногда мартенсит может сохраняться при отпуске до 600° (см. дальше § 146). Что же касается действия элементов необразующих карбидов на процессы.распада мартенсита при отпуске, то, за исключением кремния, эффективность их влияния в этом направлении весьма невелика и практически может не учитываться.

 

При дальнейшем нагреве в процессе отпуска закаленной нелегированной Стали, как известно, развиваются процессы перехода фаз, полученных при распадении как мартенсита, так и аустенита в нормальный (кубический) феррит и карбид состава Fe3C с укрупнением последнего (уменьшением дисперсности) и при непрерывном снижении внутренних напряжений.

 

Последующее нагревание свыше 450° (при высоком отпуске) вызывает коагуляцию цементита и отмечается окончательным снятием внутренних напряжений и наклепа (развитием процесса рекристаллизации).

 

Таким образом, состояние и структура стали с повышением температуры отпуска все больше приближается к равновесной.

Те же самые процессы наблюдаются при отпуске и в легированной, стали. Однако легирующие элементы задерживают процессы рекристаллизации, сдвигая их течение в сторону более высоких температур.

 

Большинство легирующих элементов (V, W, Мо, Сг, Мп, Si) замедляют и коагуляцию карбидной фазы при отпуске. Последнее означает, что после высокого отпуска при одинаковой температуре в легированной (указанными элементами) стали карбидная фаза всегда будет мельче, чем у нелегированной стали. Только Ni и Со, а возможно также и Си ускоряют при отпуске процессы коагуляции карбидной фазы.

 

Наряду с отмеченными изменениями при отпуске легированной стали наблюдается еще одно весьма важное явление — перераспределение карбидообразующих элементов между ферритом и карбидной фазой. Установлено, что карбиды, выделяющиеся при температурах низкого отпуска в результате первой стадии распада мартенсита, почти не содержат в своем составе легирующих элементов и представляют цементит, в котором растворено количество легирующих элементов, не превосходящее среднее их содержание в стали.

 

Поскольку карбидов в стали значительно меньше, чем железной составляющей, следует считать, что основное количество легирующих элементов после первой стадии распада мартенсита оказывается сконцентрированным в а-твердом растворе.

 

Как показано С. 3. Бокштейном и И. Н. Богачевым, интенсивное обогащение карбидной фазы марганцем наблюдается при отпуске около 350°, хромом — при 450°, вольфрамом — при 550°, молибденом — при 600°. Поскольку эти процессы могут реализоваться лишь в результате диффузии легирующих элементов, они характеризуются значительной продолжительностью.

 

Таким образом, высокий отпуск закаленной легированной стали приводит к перераспределению легирующих элементов в стали. Чем выше температура отпуска, чем больше продолжительность выдержки при этой температуре, тем в большей мере карбидообразующие элементы оказываются сконцентрированными в карбидной фазе, а феррит соответственно обеднен этими элементами.

 

Если в стали содержится большое количество карбидообразующих элементов, тогда при высоком отпуске может наблюдаться еще одно явление — возникновение так называемой вторичной твердости. Внешнее, выражение этого явления заключается в том, что при определенных температурах высокого отпуска твердость стали возрастает и может оказаться даже выше, чем после закалки или более низкого отпуска. Природа этого явления окончательно не выяснена и, по-видимому, связана с образованием новой порции дисперсных легированных карбидов, а также возможно с распадом остаточного аустенита.

 

Замедление в результате легирования стали процессов распада мартенсита, рекристаллизации а-фазы, коагуляции карбидов и, наконец, возможность развития вторичной твердости приводят к тому, что темп снижения твердости с повышением температуры отпуска у стали, легированной карбид о-образующими элементами, всегда меньше, чем у нелегированной стали.

 

Другими словами, под влиянием легирования этими элементами в стали создается так называемая устойчивость против отпуска.Здесь видно, что, при небольшом содержании карбидообразующего элемента в стали, его влияние выражается в понижении темпа падения твердости, а при значительном содержании отчетливо наблюдается эффект вторичной твердости.

 

Если в легированной стали не содержится карбидообразующих элементов, то характер изменения твердости при отпуске мало чем отличается от изменений у нелегированной стали. Можно лишь отметить, что при равном содержании углерода кривые твердости у легированной стали лежат обычно несколько выше кривых у нелегированной стали.

Перейдем теперь к рассмотрению превращений остаточного аустенита при отпуске легированной закаленной стали. Почти все легирующие элементы в той или иной степени задерживают превращение при отпуске.

 

Процессы превращения аустенита при отпуске можно с некоторой оговоркой трактовать с помощью диаграммы изотермических превращений для данной стали. Если продолжительность отпуска превышает время устойчивости переохлажденного 60 аустенита при данной температуре, то остаточный аустенит распадается и продукты его превращения будут соответствовать тем, которые получаются в результате непосредственного превращения переохлажденного аустенита при изотермической F?

при этой темпера- g

 

В тех случаях, когда продолжительность отпуска меньше времени устойчивости переохлажденного аустенита на диаграммах изотермических превращений аустенита для данной стали, остаточный аустенит не распадается во время отпуска и обычно превращается в мартенсит при охлаждении стали (после отпуска) в зоне температур ниже мартенситной точки М. Это явление называется вторичной закалкой стали.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.