Диаграммы распада переохлажденного аустенита
Лекция № 5. Превращение переохлажденного аустенита
При закалке, нормализации и отжиге происходит распад переохлажденного аустенита, при этом возможны три типа превращений:
- перлитное;
- промежуточное;
- мартенситное.
Легирующие элементы существенно влияют на кинетику и механизм этих превращений.
Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита
Устойчивость переохлажденного аустенита к распаду характеризуется диаграммами изотермического превращения аустенита. Изменение содержания углерода и легирование аустенита влияют на кинетику перлитного и промежуточного превращений, а также температуру мартенситного превращения.
Устойчивость аустенита характеризуется С – образными кривыми начала и конца превращений. В доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях перлитному превращению предшествуют линии выделения избыточных фаз (феррита и цементита соответственно).
Некарбидообразующие элементы (Ni, Al, Si, Cu), не меняя вид С – кривой, смещают ее по температуре превращения и повышают устойчивость аустенита, т.е. увеличивают инкубационный период распада, сдвигая линии по диаграмме вправо.Исключение составляет кобальт, который уменьшает время до начала распада.
Карбидообразующие элементы (Cr, Mo, W, V) существенно изменяют вид диаграммы и кинетику превращения, обусловливая четкое разделение перлитного и бейнитного превращения с появлением области повышенной устойчивости аустенита между ними.
|
|
|
Разделение перлитного и промежуточного превращений на диаграмме распада свойственно легированным сталям при наличии в их составе нескольких легирующих элементов независимо от их карбидообразующей способности. Но при наличии карбидообразователей эта особенность проявляется ярче.
Легирующие элементы по – разному влияют на перлитное, промежуточное и мартенситное превращения.
В перлитной области все легирующие элементы, за исключением кобальта, если они переведены в аустенит при нагреве, увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита. Эффективно увеличивают инкубационный период молибден, марганец, хром, никель; уменьшает – кобальт. В доэвтектоидных сталях легирующие элементы могут по – разному влиять на выделение избыточного феррита и образование феррито – карбидной смеси (ФКС). Кремний и алюминий ускоряют процесс образования избыточного феррита, но замедляют распад на феррито – карбидную смесь, марганец и никель замедляют оба процесса. Увеличение содержания углерода существенно уменьшает скорость образования избыточного феррита в доэвтектоидных сталях и повышает скорость образования избыточного карбида в заэвтектоидных сталях, скорость образования ФКС максимальна при его концентрации близкой к эвтектоидной.
|
|
|
В промежуточной области наиболее эффективно увеличивают устойчивость аустенита углерод и азот. Легирующие элементы: марганец, хром, никель, молибден, вольфрам и др. расширяют инкубационный период начала промежуточного превращения, но существенно в меньшей степени, чем они влияют на перлитное превращение. Промежуточное превращение в отличие от перлитного не завершается полным распадом аустенита, часть аустенита остается нераспавшейся. Легирование увеличивает количество остаточного аустенита при бейнитном распаде.
После легирования промежуточное превращение смещается в область более низких температур, в результате чего в высоколегированных сталях оно может совпадать с мартенситным превращением.
Влияние легирующих элементов на устойчивость аустенита не аддитивно, т.е. при наличии в аустените нескольких элементов их действие не суммируется, а может очень существенно изменяться. Наиболее сильный эффект повышения устойчивости аустенита наблюдается при таких композициях легирования, как Cr – Ni, Cr – Ni – Mo, Cr – Mn, Cr – Mn – V и т.д.
|
|
|
Легирование может влиять на устойчивость переохлажденного аустенита косвенно, в результате изменения размера зерна, размера и количества нерастворенной карбидной фазы, состава и дисперсности неметаллических включений и других факторов. Все они могут заметно влиять на распад аустенита в перлитной области, но практически не влияют на промежуточное превращение и температурный интервал мартенситного превращения. Так, перлитное превращение ускоряется за счет нерастворившихся в аустените карбидов, некоторых дисперсных неметаллических включений, уменьшения размера зерна.
Легирующие элементы оказывают сильное влияние на температуру начала мартенситного превращения – Мн. Сильно понижают точку Мн марганец, хром, ванадий, никель, молибден. Кобальт и алюминий повышают мартенситную точку. Углерод и азот сильно снижают температуру мартенситного превращения. Поскольку от положения температурного интервала мартенситного превращения аустенита по отношению к комнатной температуре зависит количество остаточного аустенита в стали, то элементы, понижающие температуру мартенситного превращения (C, Mn, Cr, Ni, Mo и др.), будут увеличивать количество остаточного аустенита после закалки, а кобальт и кремний, наоборот, уменьшать его.
|
|
|
Влияние легирующих элементов до пределов их содержания в большинстве низколегированных и легированных сталей на температуру начала мартенситного превращения Мн может быть просуммировано по формуле А.А. Попова:
Мн = 520 – 320 (%С) – 45(% Mn) – 30 (%Cr) – 20(% Ni + %Mo) – 5 (%Si + %Cu)
Диаграммы распада переохлажденного аустенита
Наиболее полной характеристикой превращений аустенита при охлаждении для каждой марки сталей являются изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита.
Изотермические диаграммы характеризуют кинетику распада аустенита при постоянной температуре охлаждения. Преимущества диаграмм данного вида в том, что они достаточно наглядны для сравнительной оценки разных сталей, а также для выявления роли легирования и других факторов (температуры нагрева, размера зерна, пластической деформации и т.п.) на кинетику распада переохлажденного аустенита.
Термокинетические диаграммы характеризуют кинетику распада аустенита при непрерывном охлаждении. Эти диаграммы менее наглядны, но имеют большое практическое значение, так как при термической обработке распад аустенита происходит при непрерывном изменении температуры, а не в изотермических условиях. Если известны скорости охлаждения в разных сечениях реальных изделий, то, нанося соответствующие кривые скоростей охлаждения на термокинетическую диаграмму, можно определить температуру превращения аустенита и оценить получаемую при этом структуру.
Термокинетическая диаграмма может быть построена как экспериментально, так и расчетными методами на основании изотермических диаграмм.
Сравнение расположения линий распада аустенита на обеих диаграммах показывает, что соответствующие линии на термокинетической диаграмме находятся правее и ниже тех же линий изотермической диаграммы. Следовательно, то же превращение при непрерывном охлаждении протекает при более низкой температуре и через большее время, чем при изотермическом распаде аустенита.
Кинетика превращения аустенита, т.е. вид диаграммы распада, зависит от множества факторов и прежде всего от химического состава аустенита.
В зависимости от легирования сталей можно выделить шесть основных разновидностей диаграмм изотермического распада переохлажденного аустенита и соответствующие им термокинетические диаграммы.
Для углеродистых, а также некоторых низколегированных сталей, содержащих в основном некарбидообразующие элементы – никель, кремний, медь, изотермический распад аустенита характеризуется С – образными кривыми с одним максимумом. Перлитное и промежуточное превращение не разделены. При непрерывном охлаждении такой стали в зависимости от скорости могут быть получены три типа структур: мартенсита, мартенсита и феррито – карбидной смеси (ФКС), только ФКС.
Для легированных сталей, содержащих карбидообразующие элементы – хром, молибден, вольфрам, ванадий и др. диаграммы распада имеют две четко разделенные между собой области перлитного и промежуточного превращений, для каждой из которых характерны свои С – кривые. При содержании углерода до 0,4 – 0,5 % в конструкционных сталях (20Х2Н4А, 45ХН2МФА, 30ХГСА, 38ХМЮА и др.) перлитное превращение сдвинуто вправо по отношению к бейнитному, а при большем содержании углерода (7Х3, ШХ15, 9Х и т.п.), наоборот, перлитное превращение лежит левее бейнитного.
Для хромоникельмолибденовых и хромоникельвольфрамовых сталей (12Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 25Х2Н4МА) с содержанием углерода в пределах 0,15 – 0,25% характерна высокая устойчивость переохлажденного аустенита в перлитной области и малая устойчивость его в бейнитной области, вследствие чего перлитное превращение на диаграмме аустенита отсутствует.
В высоколегированных хромистых сталях (30Х13, 40Х13, 20Х17 и др.) промежуточное превращение может быть сильно заторможено и сдвинуто в область температур мартенситного превращения, вследствие чего на диаграммах распада аустенита имеется лишь перлитное превращение, а промежуточное отсутствует.
В сталях аустенитного класса (37Х12Н8Г8МФБ, 45Х14Н14В2М) благодаря высокому содержанию хрома, никеля, марганца и углерода температура начала мартенситного превращения лежит ниже комнатной, а распад аустенита на ФКС и бейнит практически не наблюдается. Из – за повышенного содержания углерода в аустените этих сталей при переохлаждении возможно образование избыточных специальных карбидов.
Перлитное превращение.
В легированных сталях перлитное превращение состоит из:
- собственно полиморфного Г.Ц.К. О.Ц.К. перехода;
- диффузионного перераспределения углерода и легирующих элементов, в результате чего образуются специальные карбиды и феррито – цементитная смесь (перлит).
От того, какие легирующие элементы и в каком количестве находятся в исходном g - твердом растворе, зависит скорость отдельных этапов перлитного превращения и кинетика его в целом.
Полиморфный a g - переход в железе при малом переохлаждении аустенита происходит путем неупорядоченного смещения атомов в отличие от мартенситного (при большем переохлаждении), носящего сдвиговой упорядоченный характер. Легирование существенно влияет на скорость этого превращения: оно сильно замедляется в случае одновременного легирования железа хромом и никелем и в еще большей степени при дополнительном введении молибдена.
Карбидообразование при перлитном превращении в стали является следствием перераспределения углерода и легирующих элементов между образующимися фазами: ферритом и карбидами. При наличии в составе стали карбидообразующих элементов могут возникать специальные карбиды, кроме цементита.
Специальные карбиды при наличии в составе растворенных сильных карбидообразующих элементов (ниобия, ванадия, хрома и др.) образуются в переохлажденном аустените до начала g a - превращения; в избыточном феррите (в эвтектоидной и заэвтектоидной стали эта стадия отсутствует); в феррите эвтектоида (перлита). На каждой стадии получаются специальные карбиды, тип которых зависит от состава аустенита.
Если в состав стали входят карбидообразующие элементы IV и V групп V, Nb, Ti, Zr и при аустенитизации они переходят в твердый раствор, то на всех стадиях образуется карбид одного типа – MeC (VC, NbC, TiC, ZrC).
Схема распада аустенита и процесса карбидообразования при перлитном превращении:
g МеСА + g¢
aП.И. +gЭ
Дата добавления: 2018-06-01; просмотров: 1258; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!