Общие закономерности влияния легирующих элементов на процессы, происходящие при отпуске закаленной стали, а следовательно, и свойства такой стали после закалки и отпуска, имеют большое значение для практики термической обработки различных конструкционных и инструментальных сталей.
При отпуске закаленной стали протекают процессы распада мартенсита, образования цементита и специальных карбидов, их коагуляция, распад остаточного аустенита, возврат и рекристаллизация матрицы.
Рассмотрим влияние легирующих элементов на отдельные процессы, происходящие при отпуске закаленной стали.
Воре у дефектов кристаллического строения, образование предвыделений и выделение углерода и легирующих элементов в карбидную фазу. При этом мартенсит углеродистых сталей, имеющий объемноцентрированную тетрагональную (о. д. т.) решетку, переходит в феррит с о. д. к. решеткой. В легированной стали начальные стадии распада мартенсита (150—2000C) практически протекают так же, как и в углеродистой стали.
Легирующие элементы слабо влияют на кинетику распада мартенсита до температур отпуска 150—200 0C и существенно изменяют ее при более высоких температурах. Карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W, V, Nb) сильно замедляют распад мартенсита — выделение из него углерода. Если в углеродистой стали практически весь углерод выделяется из мартенсита при 250—300 0C, то в сталях с карбидообразующи – ми элементами этот процесс сдвигается в сторону более высоких температур (до 400—500 0C)? Такое влияние этих элементов, очевидно, связано с уменьшением термодинамической активности углерода в растворе (см. гл. IV, п. 6), т. е. с увеличением сил связи Между атомами углерода и карби – дообразующего элемента в растворе.
.J |
||
! /V |
||
Г 7 I I I |
, I I |
VN |
L«z
Рис. 59. Схема выделения углерода из мартенсита в углеродистых (Л, легированных не- карбидообразующими элементами кроме кремния (2) и кар – бидообразующими элементами (3) сталях (обобщение по литературным данных)
Некарбидообразующие элементы (Ni, Cu) и слабый кар- ¦бидообразующий элемент марганец практически не задерживают выделение углерода из мартенсита, а по некоторым данным даже несколько ускоряют этот процесс. Исключение из некарбидообразующих элементов составляет кремний, который заметно задерживает распад мартенсита.
Изложенные закономерности иллюстрируются схемой рис. 59, показывающей выделение углерода из мартенсита в карбидную фазу в углеродистой и легированных сталях. Как видно из схемы, карбиды цементитного типа начинают формироваться независимо от легирования при одной и той же температуре {t ц). Однако в стали, легированной карби – дообразующими элементами, при более высоких температурах цементита образуется меньше, так как большее ко-
J 08 личество углерода остается растворенным в мартенсите. Так, при температуре t\ содержание углерода в мартенсите углеродистой и легированной некарбидообразующими элементами стали (Cij2) намного меньше, чем в стали, легированной карбидообразующими элементами (Сз). При температуре из мартенсита стали, легированной карбидо – образующим элементом, начинается интенсивное выделение углерода, что связано с образованием специального карбида. Значение температуры t зависит от карбидооб- разующей способности элемента, растворенного в мартенсите: чем она выше, тем больше эта температура.
Если в мартенсите растворены два карбидообразующих элемента, температуры образования специальных карбидов которых различаются, то на кривой 3 будет наблюдаться (штриховая часть кривой 3) второе интенсивное выделение углерода из мартенсита при температуре При этой температуре возникает специальный карбид второго, более сильного карбидообразующего элемента. Значения температуры tK для хромистых сталей ориентировочно равны 400—500 0C, для ванадиевых и молибденовых 500—550 0C, для ниобиевых и вольфрамовых 550—600°С.