Теоретичні основи легування - конспект, сторінка 7

3. ФАЗОВІ ПЕРЕТВОРЕННЯ В легованої сталі

3.1. Освіта аустеніту при нагріванні

Процес аустенітизації при нагріванні легованих сталей складається з поліморфного a® g - перетворення, розчинення в аустените цементиту і спеціальних карбідів, нітридів і интерметаллидов, рекристалізації зерен аустеніту.

3.1.1. перекристалізація стали

В.Д. Садовським з співробітниками показано, що утворення аустеніту при нагріванні може відбуватися за двома конкуруючим механізмам фазових перетворень: кристалографічна неупорядкованого і впорядкованого.

При неврегульованих механізм утворення аустеніту полиморфное a ® g -перетворення супроводжується перекристалізацією, тобто зміною величини і орієнтації знову утворюються зерен g-фази по відношенню до вихідної a-фазі. При впорядкованому механізмі перехід не супроводжується перекристалізацією, яка протікає при більш високих температурах внаслідок первинної рекристалізації фазонаклепанного при сдвиговом перетворенні аустеніту.

Вихідна невпорядкована структура

У практиці термічної обробки конструкційних і інструментальних сталей найбільш часто нагріванню для аустенітизації піддається сталь, що має вихідну кристалографічна неупорядковану структуру феррітокарбідной суміші (ферито-перлітною, перлітною, перлітною з надлишковими карбідами). Схема невпорядкованого (нормального) механізму утворення аустеніту представлена ​​на рис. 19. При нагріванні стали вище критичних точок відбувається поліморфний перетворення, при цьому, як вважають багато вчених, зародки аустеніту завжди утворюються по сдвиговому механізму, але цей процес збігається з рекристалізацією наклепаного при фазовому перетворенні аустеніту.

Тому при переході через критичну точку утворюється дрібне зерно аустеніту. Процеси фазового переходу і рекристалізації при такому механізмі збігаються. Подальший нагрів в аустенитной області буде приводити до зростання зерна аустеніту (збиральної рекристалізації).

Необхідно відзначити, що процес фазового перекристалізації при невпорядкованою вихідної структурі феррітокарбідной суміші в вуглецевих і легованих сталях практично мало відрізняється. Утворене зерно аустеніту в усіх сталях дрібне. Правда, чим вище швидкість нагрівання, тим дрібніше виходить зерно, так як швидкість утворення зародків нової фази зростає швидше, ніж швидкість їх росту. Істотна відмінність між вуглецевої і легованої сталлю проявляється при підвищенні температури в аустенитной області, коли відбувається зростання зерен аустеніту, їх збірна рекристалізація.

Вихідна упорядкована структура. Структурна спадковість в стали

При певних умовах сталь втрачає здатність до перекристалізації при a ® g -перетворення. Нагрівання крупнозернистой впорядкованої структури вище АС3 може

Теоретичні основи легування - конспект, сторінка 7

Рис.19 Схема перекристалізації сталі з вихідною невпорядкованою структурою при нагріванні і охолодженні

викликати утворення зерен аустеніту тієї ж форми, розміру і орієнтації, що і вихідне зерно стали, тобто відбувається відновлення вихідного зерна. Таке явище називають структурної спадковістю в стали. Вивченню цього складного явища посвя-щени фундаментальні роботи В.Д. Садовського з співробітниками.

Чим більше легирована сталь, тим більш широкий діапазон швидкостей нагріву, при яких проявляється структурна спадковість в стали. Легування впливає на критичну швидкість нагріву, при якій спостерігається відновлення вихідного крупного зерна при повторному нагріванні вище АС3 і не відбувається утворення дрібнозернистого аустеніту. Для легованої сталі на рис.20 наведена схема, спрощено показує процес формування зерна при нагріванні і охолодженні сталі з вихідною упорядкованою структурою.

При досить повільному (1-2 ° С / хв) нагріванні багатьох сталей аустенит утворюється також кристалографічна впорядкованим механізмом, в результаті чого і при такому нагріванні спостерігається відновлення зерна вихідної структури, тобто різко виражена структурна спадковість. Збільшення швидкості нагріву веде до порушення впорядкованості в процесі формування (зростання) аустенитной структури і подрібнення зерна. Утворився при упорядкованому a® g - переході аустенит фазово наклепаного. З підвищенням температури нагріву вище Тр відбувається його рекристалізація, і тільки тоді зерно аустеніту подрібнюється.

Мал. 20 - Схема перекристалізації сталі з вихідною упорядкованою структурою при нагріванні і охолодженні

Структурна спадковість добре проявляється в конструкційних сталях типу ЗОХГСА, 37ХНЗА, 20Х2Н4А і т. П. Найбільш ймовірно прояв структурної спадковості при термічній обробці попередньо перегрітих сталей, що містять добавки сильних карбидообразующих елементів - титану, ванадію, ніобію. Одна-ко необхідно зробити застереження, що не всі леговані стали схильні до цього явища при повільному нагріванні. Швидкий нагрів, що приводить до структурної спадковості в конструкційних легованих сталях, може реалізуватися на практиці при електронагріванні або нагріванні тонких виробів в соляних ваннах з подальшою короткочасною витримкою. Слід підкреслити, що відпустка перед остаточним швидким нагріванням під загартування виключає прояв структурної спадковості. При повільному нагріванні впливу попереднього відпустки, природно, не спостерігається, так як він протікає в процесі самого нагрівання під загартування.

3.1.2.Рост зерна аустеніту

З підвищенням температури і збільшенням часу витримки в аустенитной області відбувається зростання зерна аустеніту. Рушійною силою збиральної рекристалізації аустеніту є прагнення системи знизити поверхневу енергію шляхом зменшення протяжності кордонів зерен. У переважній більшості сталей необхідно отримати дрібне зерно аустеніту, тому що чим менше розмір зерна, тим вище міцність, опір крихкому руйнуванню і ряд інших властивостей сталей. У деяких сталях (наприклад, в магнітномягкіх трансформаторних сталях) прагнуть отримати, навпаки, велике зерно. Легування істотно впливає на розмір зерна аустеніту.

Карбідо- і нітрідообразующіе елементи (Сr, Мо, W, V, Nb, Тi, Zr) гальмують зростання зерна аустеніту при нагріванні, причому тим сильніше, чим більше стійку фазу утворює елемент. Алюміній, пов'язаний в нітрид, також сильно гальмує зростання зерна. Такий вплив карбідо- або нітрідообразующіх елементів пояснюється наявністю нерозчинних в аустените дисперсних карбідів і нітридів, що надають бар'єрне дію на мігруючу кордон зерен. Розчинення і коагуляція дисперсних фаз в аустените усувають або знімають ефект бар'єрного дії частинок. Максимальний розмір зерна аустеніту, залежить від розміру часток і їх кількості. Отже, чим більше об'ємна частка твердих часток зберігається в сталі при нагріванні і менше їх розмір, тим більше дрібнозернистим виходить аустенит. Для отримання дрібнозернистої сталі в широкому діапазоні температур нагрівання найефективніше легування стали двома або більше карбідо- або нітрідообразующімі елементами, що мають різну температуру переходу відповідних фаз в твердий розчин.

Необхідно відзначити, що вуглець, азот і алюміній, не пов'язані в карбіди і нітриди, а що знаходяться в твердому розчині - аустените, сприяють зростанню його зерна.

Також збільшують схильність до зростання зерна бор, марганець і кремній. Думки про природу впливу перерахованих еле-ментів на збільшення схильності до зростання зерна суперечливі.

Схожі статті