Ледебурит

Мартенсит

Бейнит (игольчатый троостит)

ческую смесь феррита и цементита, имеющих пластинчатую форму. В процессе распада мартенсита при отпуске и в других случаях (при сфероидизирующем отжиге) получают зернистый перлит (зерна цементита расположены в фер-ритной матрице)

Эвтектическая структура, состоящая из смеси аустенита /после охлаждения ниже Л1 -перлита) и цементита

Пересыщенный твердый раствор углерода в а-же-лезе

Структура, состоящая из кристаллов пересыщенного углеродом а-твердого раствора (малоуглеродистого мартенсита) и карбидов

структуры сорбита и троостита, отличающиеся большей дисперсностью феррито-цементитной смеси.* Структуры троостита и сорбита, имеющие зернистое строение, образуются при отпуске в результате распада мартенсита и коагуляции частиц цементита

Образуется при содержании в жидком сплаве 4,3% С; при наличии Сг, W, Мо и других элементов может образоваться при более низком содержании углерода

Содержание углерода в мартенсите равно содержанию углерода в исходном аустените. Кристаллическая решетка тетрагональная; степень тетрагональности тем выше, чем больше содержание углерода. Помимо мартенсита, в структуре закаленной стали всегда присутствует остаточный аустенит

Различают верхний бейнит, в котором частицы карбидов размещаются между пластинками а-фа-зы, и нижний бейнит, в котором а-фаза имеет игольчатое строение, а дисперсные карбиды располагаются внутри пластин а-фазы. Верхний бейнит образуется в результате распада аустенита в верхней зоне промежуточного превращения, а нижний бейнит -при температурах, близких к точке Мв

содержащей 0,8% С) составляет НВ180-250, сорбита - НВ250-350, троостита - НВ350-450. Сталь со структурой зернистого цементита хорошо деформируется при волочении, глубокой вытяжке, холодной прокатке. При обработке резанием более благоприятна структура пластинчатого перлита. Троостит отпуска отличается высокими пределами упругости, прочности и выносливости. Сталь со структурой сорбита отпуска имеет высокий предел упругости при достаточной ударной вязкости, обладает низким порогом хладноломкости, т. е. невысокой склонностью к хрупкому разрушению

Твердость мартенсита зависит от содержания углерода в кристаллической решетке. Максимальная твердость HRC60-65. Отличается малой пластичностью и вязкостью. Ферромагнитен. Имеет высокую коэрцитивную силу и малую магнитную проницаемость. Остаточный аустенит оказывает в основном отрицательное влияние на свойства закаленной стали

Твердость верхнего бейнита составляет HRC35- 40, а нижнего - HRC40-50. Нижний бейнит обладает более высоким сочетанием прочности, пластичности и вязкости, чем структуры, полученные в результате закалки на мартенсит и отпуска. Отличается высокой износостойкостью

при различных степенях переохлаждения Линия М отвечает бездиффузионному мар-тенситному превращению аустенита.

На диаграмму изотермического превращения в выбранной системе координат можно нанести кривые скорости непрерывного охлаждения стали vu V2y vs и т. д. Скорость охлаждения Vs будет отвечать непосредственному бездиффузионному переходу всего аустенита в мартенсит и является критической скоростью закалки. Применяя увеличивающиеся скорости охлаждения Vu V2 или

0 logr

Рис. III.7. Диаграмма изотермического превращения переохлажденного аустенита (на диаграмму нанесены различные скорости непрерывного охлаждения)

Уз, в результате превращения аустенита при меньших или больших степенях переохлаждения получают структуры перлита, сорбита или троостита. Полученные при такой обработке структуры перлита, сорбита и троостита имеют пластинчатое строение.

Аналогичные структуры можно получить при нагреве закаленной стали в результате распада мартенсита. Однако формирующиеся при этом троостит, сорбит и перлит имеют зернистое строение и более высокие пластичность и ударную вязкость.

Характеристика основных фаз и структур стали лриведена в табл. П1.2.

3. Влияние легирующих элементов на структуру и свойства стали

Основными легирующими элементами, вводимыми в сталь, являются хром, никель, марганец, кремний, вольфрам, молибден. Ванадий, титан, алюминий, бор. Легирующие элементы, как правило, изменяют состав, строение, дисперсность и количество присутствующих в стали структурных составляющих и фаз - феррита, карбидов, сульфидов, или образуют новые интерметаллические фазы с железом или другими элементами, а также соединения с примесями, содержащимися в стали, - кислородом, серой, фосфором, азотом и др. Фазовые и структурные изменения, происходящие в стали под влиянием легирующих элементов, вызывают серьезные изменения свойств и позволяют получить сталь с определенными свойствами.

По воздействию на аллотропические модификации железа легирующие элементы делят на две группы (рис. П1.8). В первую группу входят элементы, повышающие точку л4 и понижающие точку Лз (расширяющие область существования уфазы) - углерод, азот, никель, марганец. Ко второй группе принадлежат элементы, понижающие точку Л4 и повышающие точку Лз (сужающие область Y-фазы)-кремний, хром, алюминий, титан, вольфрам, молибден, ванадий, ниобий.

Из схематических диаграмм состояния железо-легирующий элемент, приведенных на рис. П1.8, видно, что при содержании

Содержание легиррющего элемента

Рис. III.8. Схемы диаграмм состояния железо - легирующий элемент

свыше , определенного значения марганца, никеля или некоторых других элементов (рис. П1.8, а) Y-состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления. Такие сплайы на основе железа называют аустенитными. При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов свыше определенного предела устойчивым при всех температурах является а-состояние (рис. П1.8, б). Такие сплавы на основе железа называют феррит-ными. Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.

Некоторые упрощенные диаграммы состояния системы железо-легирующий элемент рассмотрены ниже.

Система железо-никель (рис. II 1.9). Никель имеет гранецентрированную решетку с параметром, близким к параметру решетки Y-железа. Это обеспечивает образование непрерывного ряда твердых растворов между Y-железом и никелем.

Никель повышает точку Л4 и при 1512° С наступает нонвариантное равновесие L+ -{-бу. Никель понижает точку Лз, и температуры превращения при нагреве и охлаждении фактически настолько сильно отличаются, что для практического использования диаграммы целесообразно указывать отдельно температурный интервал превращения при охлаждении (уа) и при нагреве (a-Y)- Поэтому, если взять, например, сплав с 20% Ni при 300-400*0, то при охлаждении он будет иметь практически стабильную Y-фзу, при нагреве при тех же температурах - практически стабильную а-фазу. Поскольку никель резко понижает точку Лз, то при 10% Ni и более температура превращения снижается до 500 С и ниже. При этих температурах диффузия никеля и железа затруднена и Y-a-превраще-

ние происходит по мартенситному (бездиффузионному) механизму. При таких содержаниях никеля и обратное а-у-превраще-ние тоже происходит по бездиффузионному механизму. В сплавах с большим содержанием никеля мoжet образоваться упорядоченный твердый раствор NisFe. Температура упорядочения (точка Курнакова) для сплава с 78% Ni равна 503 С.

Ni, % (am.)

fJffff

WOO 900 600

770 700

/ООО

6 гт

1100 066

700 500 306

о 16 26 36 W 56 66 76 80 96 166 Fe Ni, % (ПО массе) n:

Рис. II 1.9. Система железо-никель

Мп,% (ат) 26 36 96 50 60 76 80 90 166

6 me

Fe m,°/o (no массе) Mn

Рис. III. 10. Система железо-марганец

большим содержанием марганца, особенности которого обусловлены наличием четырех аллотропических модификаций марганца, то в остальной части -диаграмма Fe-Мп аналогична диаграмме Fe-Ni.

В сплавах с 15-25% Мп ниже 400° С наблюдается образование гексагональной

1060

1666

1966

1266

1666 611 866

Сг, % (а/77)

16 26 36 96 56 66 76 80 90 166

-260

0 16 26 36 90 50 66 70 86 96 166

Fe Or, % (ПО массе) С г

Рис. III. 11. Система железо-хром

Ми, % (ат)

16 26 36 96 56 66 76 во 90

1666 1900 У266 1666

6 16 26 36 96 56 66 70 86 90 Fe МО, % (ПО массе)

Рис. II 1.12. Система железо-молибден

Система железо - марганец (рис. ШЛО). Марганец имеет четыре аллотропические формы (а, р, Y. S) с интервалами стабильного существования, С: до 727 (а); 727-1100 (р), 1100-1135 (Y) и 1135-1245 <6). Y-мар-ганец имеет тетрагональную гранецентриро-ванную кристаллическую решетку, близкую по параметрам к гранецентрированной кристаллической решетке Y-железа. Это обстоятельство обусловливает возможность образования непрерывного ряда твердых растворов между Y-железом и Y-марганцем. Если не рассматривать превращения в сплавах с

8-фазы, которая является промежуточной между Y- и а-фазами (ть е. превращение в этих сплавах происходит по схеме у-г-а). Образование 8-фазы протекает по мартенситному механизму. Поскольку и при температурах своего образования мартенситная 8-фаза неустойчива, температурные области ее образования в данном случае на диаграмме не указаны.

Система железо - хром (рис. II 1.11). Хром имеет одну модификацию, которая кристаллизуется в объемноцентрированной кубической решетке, изоморфной а-железу.