Явище повернення й рекристалізація матриці

При відпуску загартованої сталі проходять процеси повернення й рекристалізації, аналогічні тим, які проходять при нагріванні холоднодеформованої сталі. Розходження між ними обумовлено різницею вихідної структури. Щільність дислокацій загартованої сталі, як і холоднодеформованої висока – 10¹⁰–10¹² см^-2, однак в мартенситі відсутня комірчаста структура, а дислокації розподілені відносно рівномірно, до того ж для загартованої структури характерна велика кількість меж розподілу між мартенситними кристалами.

По мірі підвищення температури відпуску загартованої сталі у тонкій структурі відбувається перерозподіл і анігіляція дислокацій, вибудовування дислокацій в стабільні стінки, утворення субзерен, полігональної субструктури та початок рекристалізації. Температурний інтервал кожного з цих процесів і ступінь його реалізації перебуває у прямому зв'язку зі стійкістю сегрегацій атомів домішок, типом, кількістю та характером виділення карбідних (нітридних) фаз при відпуску і їх впливі на блокування дефектів кристалічної будови.

При виділенні цементиту висока щільність дефектів у структурі зберігається до температур відпуску 350-400°С, для хромистого карбіду (Fe, Cr)₇С₃ до 450-500°С, для часток Мо₂С и VC до 500-550°С и для NbС до 550-570°С.

Дисперсійне зміцнення

При відпуску загартованої легованої сталі протікають два протилежних по впливу на міцність процеси: розгартування внаслідок розпаду мартенситу і зміцнення в результаті виділення дисперсних часток спеціальних карбідів. Дисперсні карбідні частки підвищують межу текучості сталі (твердість, тимчасовий опір), тому що є ефективними перешкодами на шляху руху дислокацій. Ефективність зміцнення обумовлюється кількісним співвідношенням процесів зміцнення та розгартування.

На рисунку 5.2. наведена схема, яка ілюструє співвідношення процесів розгартування та зміцнення при відпуску легованого карбідоутворюючими елементами мартенситу. Якщо підвищення міцності (+s_ДЧ) в результаті виділення дисперсних часток карбідів (рис. 5.2, кр. 1) перевищує розгартування (-s_ТР) твердого розчину при відпуску (рис. 5.2, кр. 2) при підвищенні температури від t₁ до t₂, тобто |+Ds_ДЧ|>|-Ds_ТР|, то сумарна зміна міцності сталі (рис. 5.2, кр. 3) буде характеризуватися наявністю максимуму підвищення міцності (рис. 5.2, а). У випадку, коли ефект зміцнення буде меншим, ніж ефект розгартування, тобто |+Ds_ДЧ|<|-Ds_ТР|, то на сумарній кривій зміни міцності максимуму не буде, а буде лише спостерігатися уповільнення процесу розгартування (рис. 5.2, б).

Рисунок 5.2 – Зміна міцності внаслідок розпаду мартенситу (1) через виділення дисперсних карбідних часток (2) і сумарне (3) при відпуску загартованої сталі

Для дисперсних часток певного фазового складу співвідношення між зміцненням та розгартуванням залежить від вмісту легуючого елементу, який утворює дисперсну зміцнюючу фазу. Чим більше такого елементу виділяється у вигляді дисперсної фази (при збереженні її розмірів), тим більше зміцнення переважає над розгартуванням. На рисунку 5.3 показано вплив вмісту ванадію на міцність (твердість) сталі 40 після гартування і відпуску. В сталі без ванадію зміцнення завдяки виділенню карбіду ванадію відсутнє. При більшому вмісті ванадію (0,47; 0,99; і 1,7%) на кривих спостерігається підвищення міцності, що називається піком вторинної твердості.

Мінімальна концентрація карбідоутворюючого елементу, при якій зміцнення переважає над розгартуванням, залежить від вмісту вуглецю і типу утвореного карбіду. Так, наприклад, в низьковуглецевій сталі (0,1-0,15% С) пік вторинної твердості з'являється при вмісті 0,1-0,2%V або 0,08-0,12%Nb, або 2,5-3,0%Cr.

Рисунок 5.3 – Вплив температури відпуску на твердість сталі 40 з різним вмістом ванадію

З наведених прикладів видно, що при різному вмісті елементів, які утворюють дисперсну зміцнюючу фазу, криві зміни міцності однотипні. Вони розрізняються тільки тим, що при великій кількості дисперсних часток на кривих спостерігається максимум вторинної твердості, а при малій кількості він відсутній, але при цьому відбувається падіння міцності. У першому випадку явище підвищення міцності, як правило, характеризують терміном дисперсійне твердіння, а в другому – терміном дисперсійне зміцнення. Термін «дисперсійне зміцнення» є загальним, тому його використовують для процесів, при яких виділяється будь-яка кількість дисперсних зміцнюючих часток, тоді як термін «дисперсійне твердіння» – відноситься лише до процесів з такою кількістю часток, при якій з'являється пік вторинної твердості.

Явище дисперсійного зміцнення при відпуску реалізується в сталях, легованих сильними карбідоутворюючими елементами: хромом, молібденом, вольфрамом, ванадієм, ніобієм, титаном, цирконієм, а також в сталях, у яких зміцнюючими фазами є також нітриди та інтерметаліди.

Найчастіше пік вторинної твердості може бути обумовлений і дисперсійним зміцненням і вторинним загартуванням. Таке явище спостерігається, наприклад, при відпуску швидкорізальних сталей.

Поиск по сайту: