Влияние легирования на распад мартенсита при отпуске

Распад мартенсита включает формирование сегрегаций углерода и легирующих элементов в твердом растворе у дефектов кристаллического строения, образование предвыделений и выделение углерода и легирующих элементов в карбидную фазу. В легированной стали начальные стадии распада мартенсита протекают практически так же, как и в углеродистой стали с тем лишь отличием, что процессы замедляются и превращения протекают при более высоких температурах.

Легирующие элементы слабо влияют на кинетику распада мартенсита до температур отпуска 150 – 200 ^оС и существенно изме­няют ее при более высоких температурах. Карбидообразующие элементы (Сr, Мо, W, V, Nb) сильно замедляют распад мартенсита ввиду больей их связи с углеродом. Если в углеродистой стали практически весь углерод выделятся из мартенсита при 250...300 ^оС, то в сталях с карбидообразующими элементами

этот процесс сдвигается в сторону более высоких температур (до 400...500 ^оС).

Рис. 84. Влияние легирующих элементов не порог хладноломкости стали

 

Рис. 85. Схема выделения углерода из мартенсита при отпуске: 1 – углеродистая сталь; 2 – легированная некарбидообразующими элементами; 3 – легированная карбидообразователями; 4 – высоколегированная карбидообразующими элементами

 

 

Такое влияние этих элементов, очевидно, связано с уменьшением термодинамической активности углерода в растворе с увеличением сил связи между атомами углерода и карбидообра­зующего элемента.

Некарбидообразующие элементы (Ni, Cu) и слабый карбидообразующий элемент марганец практически не задерживают выделение углерода из мартенсита, а по некоторым данным даже несколько ускоряют этот процесс.

Исключение для некарбидообразующих элементов составляет кремний, ко­торый заметно задерживает распад мартенсита.

Изложенные закономерности иллюстрируются схемой на рис. 85, показывающей выделение углерода из мартенсита в карбидную фазу в углеродистой и легированной стали. 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 образуется меньше цементита, так как большее количество углерода остается растворенным в мартенсите. Так, при температуре t₁ содержание углерода в мартенсите углеродистой и легированной некарбидообразующими эле­ментами стали (C_1,2) намного меньше, чем в стали, легиро­ванной карбидообразующими элементами (С₃). При тем­пературе t_k из мартенсита стали легированной карбидообразующим элементом начинается интенсивное выделение углерода, что связано с образованием специального карбида. Значение температуры t_k зависит от карбидообразующей способности элемента, растворенного в мартен­сите: чем она выше, тем больше эта температура.

Если в мартенсите растворены два карбидообразующих элемента, у которых температуры образования специальных карбидов различаются, то на кривой 3 будет наблюдаться второе интенсивное выделение углерода из мартенсита при температуре t_k2. При этой температуре возникает специальный карбид второго, более сильного карбидообразующего элемента. Значения темпе­ратуры t_k для хромистых сталей ориентировочно равны 400 –500 ^оС, для ванадиевых и молибденовых 500 – 550 ^оС, для ниобиевых и вольфрамовых 550 – 600 ^оС.

Рис. 86. Изменение твердости при отпуске инструментальных сталей

На рис. 86 показано изменение твердость сталей У10, Х12Ф1 и Р18. Видно, что при отпуске углеродистой стали У10 твердость монотонно понижается с увеличением температуры отпуска, так как при отпуске мартенсит распадается с выделением только одного карбида Fe₃C, начиная с температуры ~ 160 ºС. В высоколегированных сталях процесс распада мартенсита с выделением карбида Ме₃С продолжается до температуры ~ 300 °С, что сопровождается понижением твердости стали. При более высоких температурах начинается распад остаточного аустенита на мартенсит и специальные карбиды. Этот распад сопровождается повышением твердости (вторичное твердение). Дальнейшее повышение температуры приводит к развитию собирательных процессов – коагуляции и коалесценции. за счет этого твердость монотонно снижается.

Остаточный аустенит в легированных сталях обладает высокой устойчивостью и распадается при отпуске в области высоких температур порядка 400...600 ^оС. однако даже при этих температурах он полностью не превращается в отпущенный мартенсит и карбиды. Поэтому для более полного его распада приходится делать многократный отпуск или обработку холодом. Это характерно для стали Р18 (рис. 86)

 

 

Л 6.Строительные и арматурные стали. – 4 ч.