2. 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.

Имеющиеся литературные данные показывают, что по механизму «на месте» при отпуске закаленной стали может образовываться карбид хрома-типа (Fe, Cr)7C3. В высоко­хромистых сталях при отпуске по механизму «на месте» возможен также переход (Fe, Сг)7С3->(Ре, Сг)2зС6.

Механизм непосредственного зарождения специального карбида в твердом растворе осуществляется для боль­шинства карбидов при отпуске легированного мартенсита. По такому механизму формируются все карбиды типа MeС (VC, NbC, TiC, ZrC и др.), карбиды молибдена и вольфра­ма (МоС, WC, Mo2C, W2C), а также карбиды хрома (Fe, Сг)7Сз и (Fe, Сг)23С6 (при содержании в стали более 2— 4% Cr).

При механизме непосредственного зарождения в твер­дом растворе возможно сложное перераспределение угле­рода между твердым раствором и карбидной фазой. Обра­зовавшийся при низких температурах отпуска цементит с повышением температуры отпуска будет вновь растворять­ся в а-растворе, что обеспечивает необходимое количество углерода для образования специальных карбидов, форми­рующихся при температурах отпуска 450—6000C.

Схемы образования специальных карбидов при отпуске мартенсита по указанным механизмам даны ниже:

Через промежуточный легированный цементит (сна месте» — «in situ»):

I (22) Fe3C + MeirCr

Непосредственное зарождение в твердом растворе: ан — а„ + Fe3C

Ав + MexCi,

Где а м—мартенсит; аП — частично распавшийся мартен­сит, но пересыщенный углеродом и легирующими эле­ментами; Ct0—отпущенный мартенсит из которого углерод практически полностью выделился в карбиды; FesC и (Fe, Me) 3С—нелегированный и легированный цементит; MexCy— специальный карбид ^штриховая стрелка показывает час­тичное «обратное» растворение цементита в а-твердом растворе).

Таким образом, лз 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 а-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 0C1 то в сталях, легированных карбидообразующими элемен­тами, коагуляция начинается при отпуске 450—6000C.

3. Распад остаточного аустенита

После закалки наряду с мартенситом в стали практически всегда имеется то или иное количество остаточного аусте­нита. В закаленных конструкционных сталях количество аустенита обычно бывает до 3—5 % (иногда до 10—15 %), в быстрорежущих сталях оно составляет 20—40 %, а в вы­сокохромистых полутеплостойких инструментальных ста­лях (типа Х18М) количество остаточного аустенита после закалки может доходить до 60 и даже 80 %.

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 0C, то в легиро­ванных сталях в зависимости от состава и содержания ле­гирующих элементов для этих целей необходим отпуск при температурах 400—6000C. Кинетика распада остаточного аустенита существенно отличается от кинетики изотерми­ческого распада «первичного» аустенита. Это обусловлено тем, что остаточный аустенит в структуре расположен в виде тонких прослоек между кристаллами мартенсита и, следовательно, находится в напряженном состоянии, 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 характерна диаграмма изотер­мического распада аустенита с ли­нией выделения избыточных специ­альных карбидов (рис. 60, штрихо­вая линия). В. этом случае в процес­се выдержки при температуре отпус­ка (обычно 500—600 0C) из остаточ­ного аустенита выделяются специ­альные карбиды типа Me23С6 и др., остаточный аустенит обедняется уг­леродом и легирующим элементом, его мартенситная точка становится Время ‘ выше комнатной температуры и при

Охлаждении в участках остаточного Рис. 60. Схема превраще – аустенита образуется мартенсит.

ВИмapTeifcHT-4И в^высмолег™ Иногда (например, В Случае бЫСТрО – роваиных сталях, м^— режущей стали) для полного прев-

Мартеиситная точка оста – ращвНИЯ ОСТЭТОЧНОГО ауСТеНИТЭ B точного аустенита до от – _

Пуска; Ми — то же, после мартенсит треоуется двух-четырех – отпуска кратный отпуск. После такого от­

Пуска 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.