Превращение аустенита при непрерывном охлаждении.

↑

▷ Содержание

⇐ ПредыдущаяСтр 22 из 49Следующая ⇒

Влияние непрерывного охлаждения на превращение аустенита можно на качественном уровне проследить путем наложения кривых охлаждения на диаграмму изотермического распада аустенита (рис. 9.10). Из рассмотрения этих зависимостей видно, что с повышением скорости охлаждения повышается степень переохлаждения аустенита и, соответственно, тем дисперснее образуется феррито-цементитная структура.

Можно считать, что при небольшой скорости охлаждения V - образуется перлитная структура, при большей скорости V₂ — сорбитная структура и еще большей скорости - трооститная структура. Бейнитная структура при непрерывном охлаждении углеродистой стали обычно не образуется. При очень высоких скоростях равных или больших V_K  часть аустенита или весь аустенит переохлаждается до точки М_н и превращается частично либо полностью в мартенсит. Минимальную скорость охлаждения, при которой основная часть переохлажденного до М_н аустенита превращается в мартенсит, называют критической скоростью охлаждения (закалки) (V ).Кривая охлаждения, характеризующая критическую скорость охлаждения, будет касательной к перегибу С образной кривой. Критическая скорость закалки зависит от устойчивости аустенита и определяется составом стали. Чем больше становится устойчивость аустенита в результате легирования стали (чем больше сдвигаются вправо С-образные кривые), тем меньшая критическая скорость закалки требуется для получения чисто мартенситной структуры.

Углеродистые стали имеют высокую критическую скорость закалки (200-800°С/с).

Очень сильно снижает критическую скорость закалки марганец, никель. Кобальт - единственный легирующий элемент, понижающий устойчивость аустенита и соответственно повышающий критическую скорость закалки. У многих легированных сталей критическая скорость закалки не превышает 20 °С/с.

П ревращения при отпуске

Структура закаленной стали  находится в метастабильном состоянии и представляет собой пересыщенный углеродом раствор α-железа - мартенсит и некоторое количество остаточного аустенита. Закаленная сталь с содержанием углерода > 0,3% обладает высокой твердостью и прочностью, но низкой пластичностью.

Отпуск состоит в нагреве закаленной стали до температуры ниже точки А  с целью перехода стали в более равновесное состояние и получения при достаточно высокой прочности удовлетворительного уровня пластичности и вязкости за счет изменения структуры.

Характер структурных изменений, происходящих при отпуске сталей, зависит от состава стали - в углеродистых и легированных сталях процессы, происходящие при отпуске, имеют некоторые различия  и от конкретной температуры и продолжительности отпуска. Распад мартенсита в зависимости от температуры и продолжительности отпуска проходит через стадии предвыделения, выделения промежуточных метастабильных карбидов (типа Fe_xC), выделения цементита и его коагуляции.Повышенная плотность дислокацийделает субструктуру мартенсита похожей на  субструктуру наклепанного металла. Кроме того, структурные изменения при отпуске стали дополняются распадом остаточного аустенита.

Первая стадия отпуска углеродистой закаленной стали проходит при нагреве до 200°С (первое превращение при отпуске). Из мартенсита выделяются мельчайшие частицы карбидной фазы (типа Fe₂.₄С – ε - карбид). Одновременно тетрагональность решетки уменьшается. Образуется структура отпущенного мартенсита. Снижается уровень остаточных напряжений.

При нагреве до температур 200-300 °С происходит распад остаточного аустенита (второе превращение при отпуске). Остаточный аустенит превращается в смесь пересыщенного α- -твердого раствора и еще не обособившихся частиц карбидов, т. е. образуется отпущенный мартенсит.

Когда температура отпуска достигает 300-400 °С, углерод полностью выделяется из α -твердого раствора с образованием Fe₃C (третье превращение при отпуске). При нагреве до 400 °С сталь состоит из относительно мелких включений феррита и цементита, образующих структуру троостита. При нагреве до 600°С происходит коагуляция карбидов и полная рекристаллизация мартенсита (ликвидация признаков реечного мартенсита). В результате сталь приобретает структуру сорбита.

Ферритно-цементитные смеси, получаемые при распаде аустенита (сорбит, троостит), отличаются от ферритно-цементитных смесей, образующихся при распаде мартенсита. В первом случае сорбит и троостит имеют пластинчатую форму цементита, а во втором - зернистую форму. Разная форма цементита обусловливает различие в уровнях механических свойств. Зернистые структуры после отпуска стали обеспечивают у нее более высокие меха­нические свойства, в первую очередь, характеризующиеся большей пластичностью и вязкостью при близкой твердости и прочности. Поскольку сталь после отпуска приобретает структуру сорбита и троостита, по внешним признакам схожую с такой же структурой, получаемой при распаде аустенита, но имеющей принципиальные различия внутреннего строения, принято сорбит и троостит, получаемые в процессе отпуска, называть сорбитом отпуска и трооститом отпуска.

Отпуск стали оказывает существенное влияние на ее механические и служебные свойства. При низких температурах отпуска (до 250 °С) уменьшается склонность стали к хрупкому разрушению. Пластичность и вязкость стали при низкотемпературном отпуске (до 250 °С) несколько возрастает из-за уменьшения внутренних напряжений и изменений структуры стали.

С повышением температуры отпуска до 500-600 °С в структуре стали происходят существенные изменения, сопровождающиеся заметным снижением твердости, временного сопротивления и предела текучести и повышением относительного удлинения, ударной вязкости и трещиностойкости К_с

Влияние легирующих элементов на процессы, протекающие при отпуске углеродистой стали, неоднозначно. На первую стадию распада мартенсита (при нагреве до 200 °С) легирующие элементы не оказывают какого-либо существенного влияния. На вторую стадию распада мартенсита (третье превращение при отпуске) многие карбидообразующие легирующие элементы влияют очень сильно, замедляя процесс образования и рост карбидных частиц (ε -карбида и Fe₃C) и соответственно тормозя процесс распада мартенсита. В легированных сталях состояние отпущенного мартенсита, обладающего высокой твердостью, сохраняется вплоть до температур 450-500 °С. Наиболее сильно тормозят распад мартенсита Cr, W, Мо, V, Со. Это объясняется двумя причинами: выше перечисленные легирующие элементы,за исключением Со, снижают скорость диффузии углерода в - растворе; кроме того легирующие элементы повышают прочность межатомных связей в решетке - раствора, что затрудняет распад мартенсита.

На карбидные превращения при отпуске легирующие элементы сильно влияют при температурах выше 450 °С, когда становится возможным их диффузионное перераспределение. В результате при отпуске легированной стали выше 450 °С в структуре стали появляются специальные карбиды, которые способствуют повышению ее твердости й прочности.

Большинство легирующих элементов повышает температурный интервал распада остаточного аустенита при отпуске углеродистой стали. Если у последней остаточный аустенит распадается в интервале 200-300 °С, то в легированной стали остаточный аустенит сохраняется при температурах до 500-600 °С.

Познавательные статьи:



Как правильно слушать собеседника

Типичные ошибки при выполнении бросков в баскетболе

Принятие христианства на Руси и его значение

Средства массовой информации США