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.