Вплив легуючих елементів на стійкість переохолодженого аустеніту

Стійкість переохолодженого аустеніту до розпаду характеризується діаграмами ізотермічного перетворення аустеніту. Зміна вмісту вуглецю і легування аустеніту впливають на кінетику перлітного і проміжного перетворень та на температуру мартенситного перетворення.

На рисунку 4.1 наведені діаграми для вуглецевих сталей з різним вмістом вуглецю. Стійкість аустеніту характеризується C-образними кривими початку й кінця перетворень. В доевтектоїдних і заевтектоїдних сталях перед перлітним перетворенням є лінії виділення надлишкових фаз (фериту і цементиту відповідно).

Елементи, що не утворюють карбідів (Ni, Al, Si, Cu), принципово не змінюють вид C - кривої, зміщують її по температурі перетворення і підвищують стійкість аустеніту, тобто збільшують інкубаційний період розпаду, зрушуючи лінії на діаграмі вправо. Виключення становить кобальт, який зменшує час до початку розпаду.

Карбідоутворюючі елементи (Cr, Mo, W, V) істотно змінюють вид діаграми і кінетику перетворення, спричиняючи чіткий поділ перлітного і бейнітного перетворень з появою області підвищеної стійкості аустеніту між ними.

а – доевтектоїдна сталь (0,45%С); б - евтектоїдна сталь (0,8%С);

в - заевтектоїдна сталь (1,2%С)

Рисунок 4.1 – Діаграма ізотермічного розпаду аустеніту в вуглецевих сталях

Поділ перлітного і проміжного перетворень на діаграмі розпаду аустеніту взагалі властивий легованим сталям при наявності в їх складі декількох легуючих елементів незалежно від їх карбідоутворюючої здатності.

Легуючі елементи по-різному впливають на перлітне, проміжне і мартенситне перетворення. Усі легуючі елементи, за винятком кобальту, якщо вони переведені в аустеніт при нагріванні, збільшують стійкість переохолодженого аустеніту. Особливо ефективно збільшують інкубаційний період Mo і Mn, трохи слабкіше – Cr і Ni. Кобальт зменшує інкубаційний період. В доевтектоїдних сталях легуючі елементи по-різному впливають на виділення надлишкового фериту і утворення ферито-карбідної суміші. Так, кремній і алюміній прискорюють процес утворення надлишкового фериту, але сповільнюють розпад на ферито-карбідну суміш. Марганець і нікель сповільнюють обидва процеси. Збільшення вмісту вуглецю істотно зменшуює швидкість утворення надлишкового фериту в доевтектоїдних сталях, і підвищує швидкість утворення надлишкового карбіду в заевтектоїдних сталях. Швидкість утворення ферито-карбідної суміші максимальна при його концентрації, близької до евтектоїдної.

В проміжній області температур найбільш ефективно збільшують стійкість аустеніту вуглець і азот. Легуючі елементи: марганець, хром, нікель, молібден, вольфрам та інші розширюють інкубаційний період початку проміжного перетворення, але істотно в меншому ступені впливають на перлітне перетворення.

Проміжне перетворення на відміну від перлітного перетворення не завершується повним розпадом аустеніту, частина аустеніту не розпадається. Легування збільшує кількість залишкового аустеніту при бейнітному розпаді. Після легування проміжне перетворення зміщується в область більш низьких температур, у результаті чого в високолегованих сталях воно може збігатися з мартенситним перетворенням.

Вплив легуючих елементів на стійкість аустеніту не сумарний, не адитивний, тобто при наявності в аустеніті декількох елементів їх дія не підсумовується, а може істотно змінюватися. Так, найбільш сильний ефект підвищення стійкості аустеніту спостерігається при легуванні наступними композиціями: Cr-Ni; Cr-Ni-Mo; Cr-Mn, Cr-Mn-V і ін., причому співвідношення легуючих елементів повинно бути приблизно Cr:Ni»2:3, а Cr:Mn»1,5:2.

Легуючі елементи здійснюють також сильний вплив на температуру початку мартенситного перетворення (M_Н) (рисунок 4.2).

Найбільш сильно знижують М_Н марганець, трохи слабкіше діють хром, ванадій, нікель, молібден. Мідь і кремній у кількостях, що містяться в сталях, мало впливають на положення мартенситної точки. Кобальт і алюміній підвищують мартенситну точку. Вуглець і азот значно знижують температуру мартенситного перетворення.

Рисунок 4.2 – Вплив вмісту легуючих елементів на температуру початку мартенситного перетворення М_Н сталі з 0,9%С

Легуючі елементи, знижуючи температуру мартенситного перетворення (Mn, Cr, Ni, Mo і ін.), збільшують кількість залишкового аустеніту після гартування, а кремній і вуглець, навпаки, зменшують його.

Поиск по сайту: