При отпуске легированных сталей остаточный аустенит может распадаться по промежуточной ступени, либо превращаться в мартенсит при охлаждении от температуры отпуска.
Лекция № 6. Отпуск закаленной стали
При отпуске закаленной стали протекают следующие процессы:
- распад мартенсита;
- образование цементита и специальных карбидов, а также их коагуляция;
- распад остаточного аустенита;
- возврат и рекристаллизация матрицы.
Распад мартенсита
Распад мартенсита включает формирование сегрегаций (скоплений) 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 имеющий объемноцентрированную тетрагональную решетку (о.ц.т.), переходит в феррит с о.ц.к. решеткой.В легированной стали начальные стадии распада мартенсита (150 – 200оС) практически протекают так же, как и в углеродистой стали.
Легирующие элементы слабо влияют на кинетику распада мартенсита до температур отпуска 150 – 200 оС и существенно изменяют ее при более высоких температурах.
Карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W, V, Nb) сильно замедляют распад мартенсита – выделение из него углерода. Если в углеродистой стали практически весь углерод выделяется из мартенсита при 250 – 300 оС, то в сталях с карбидообразующими элементами этот процесс сдвигается в сторону более высоких температур – до 400 – 500 оС. Такое влияние связано с вязано с уменьшением термодинамической активности углерода в растворе, т.е. с увеличением сил связи между атомами углерода и карбидообразующего элемента в растворе.
|
|
|
Некарбидообразующие элементы (Ni, Cu) и слабый карбидообразующий элемент Mn практически не задерживают выделение углерода из мартенсита и могут даже ускорять этот процесс. Исключение составляет кремний, который заметно задерживает распад мартенсита.
Выделение углерода из мартенсита в карбидную фазу в углеродистой и легированных сталях происходит в соответствии с закономерностями приведенными ниже. Карбиды цементитного типа начинают формироваться независимо от легирования при одной и той же температуре (tц). Однако в стали, легированной карбидообразующими элементами, при более высоких температурах цементита образуется меньше, так как большее количество углерода остается растворенным в мартенсите. Так, при температуре t1 содержание углерода в мартенсите углеродистой и легированной некарбидообразующими элементами стали намного меньше, чем в стали, легированной карбидообразующими элементами. При температуре tк из мартенсита стали, легированной карбидообразующими элементами начинается интенсивное выделение углерода. Что связано с образованием специального карбида. Значение температуры tк зависит от карбидообразующей способности элемента, растворенного в мартенсите: чем она выше, тем больше эта температура.
|
|
|
Если в мартенсите растворены два карбидообразующих элемента, температуры образования специальных карбидов, которых различаются, то помимо первого, будет наблюдаться второе интенсивное выделение углерода из мартенсита при температуре tк2. При этой температуре возникает специальный карбид второго, более сильного карбидообразующего элемента.
Образование специальных карбидов и их коагуляция
При отпуске мартенсита так же, как и при перлитном превращении, возможны два механизма образования специальных карбидов:
- через промежуточный карбид – легированный цементит (механизм «на месте»);
- путем непосредственного зарождения в твердом растворе.
Механизм зарождения специального карбида из легированного цементита состоит в перестройке его решетки в решетку специального карбида после насыщения цементита легирующим элементом до предела растворимости в нем.Этот механизм предусматривает достаточно высокую растворимость легирующего элемента в цементите, необходимую для образования соответствующего специального карбида. Из всех карбидообразующих элементов только хром имеет высокую растворимость в цементите (до 20%). Молибден и вольфрам растворяются в нем в пределах десятых долей процента, а элементы IV и V групп (V, Nb, Ti, Zr и др.) практически не растворяются в цементите.
|
|
|
Механизм непосредственного зарождения специального карбида в твердом растворе осуществляется для большинства карбидов при отпуске легированного мартенсита. По такому механизму формируются все карбиды типа МеС (VC, NbC, TiC, ZrC и др.), карбиды молибдена и вольфрама (MoC, WC, Mo2C, W2C), а также карбиды хрома (Fe, Cr)7C3 и (Fe, Cr)23C6.
Также при данном механизме образования карбидов возможно сложное перераспределение углерода между твердым раствором и карбидной фазой. Образовавшийся при низких температурах отпуска цементит с повышением температуры отпуска будет вновь растворяться в a - растворе, что обеспечивает необходимое количество углерода для образования специальных карбидов, формирующихся при температурах отпуска 450 – 600 оС.
Из всех карбидообразующих элементов только хром относится к элементам, карбиды которых могут образовываться в стали как через легированный цементит, так и непосредственно из твердого раствора – отпущенного мартенсита. Карбиды всех остальных элементов зарождаются непосредственно из a - раствора, т.е. стадия образования промежуточного легированного цементита у них отсутствует.
|
|
|
С повышением температуры отпуска зародившиеся карбиды начинают коагулировать. Для каждой карбидной фазы существует свой температурно - временной интервал коагуляции. Склонность карбидных фаз к коагуляции уменьшается по мере удаления их от цементита в ряду стойкости карбидов. Так, если в углеродистой стали коагуляция цементита начинается при температурах отпуска 350 – 400 оС, то в сталях, легированных карбидообразующими элементами, коагуляция начинается при отпуске 450 – 600 оС.
Распад остаточного аустенита
После закалки наряду с мартенситом в стали практически всегда имеется то или иное количество остаточного аустенита.
При отпуске легированных сталей остаточный аустенит может распадаться по промежуточной ступени, либо превращаться в мартенсит при охлаждении от температуры отпуска.
При распаде остаточного аустенита на бейнит легирующие элементы (Mn, Cr, Ni, W, Si) повышают температуру отпуска, при которой протекает это превращение. Если в углеродистой стали остаточный аустенит распадается на бейнит при температурах отпуска 200 – 300 оС, то в легированных сталях в зависимости от состава и содержания легирующих элементов для этих целей необходим отпуск при температурах 400 – 600 оС. Кинетика распада остаточного аустенита существенно отличается от кинетики изотермического распада первичного аустенита: остаточный аустенит в структуре расположен в виде тонких прослоек между кристаллами мартенсита и, следовательно, находится в напряженном состоянии и превращение его в бейнит происходит практически без инкубационного периода. Возникающий бейнит по свойствам и структуре близок к продуктам распада мартенсита при данной температуре.
Превращение остаточного аустенита в мартенсит при охлаждении после отпуска может протекать в высоколегированных сталях, для которых характерно выделение избыточных специальных карбидов. В этом случае в процессе выдержки при температуре отпуска (500 – 600 оС) из остаточного аустенита выделяются специальные карбиды типа Ме23С6 и др., остаточный аустенит обедняется углеродом и легирующим элементом, его мартенситная точка становится выше комнатной температуры и при охлаждении в участках остаточного аустенита образуется мартенсит. Иногда для полного превращения остаточного аустенита в мартенсит требуется двух – четырех - кратный отпуск. После такого отпуска твердость стали может быть даже более высокой, чем она была после закалки вследствие появления неотпущенного мартенсита. Поэтому такое явление иногда называют вторичной закалкой или вторичной твердостью.
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 761; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!