Рис. 44 иллюстрирует влияние труднорастворимых нитридов и карбидов на рост зерна аустенита стали типа 15Г2 (зерно выявлено методом вакуумного травления)

Необходимо отметить, что углерод, азот и алюминий не связанные в карбиды и нитриды, а находящиеся в твердом растворе - аустените, способствуют росту его зерна. Также

пя :. ! карбоннтрндных фаз [а - нет; 6-A1N; e-AlN; V(C N)I на размер зерна аустеннта стали типа 15Г2, Х50 (Э. Э. Блюм, М И Гольлштейн Температуры нагрева, °С: 7- 980; 2- 1050 ; 3-1100; 4-П5оГ5- 1200

увеличивают склонность к росту зерна бор, марганец и кремний. Мнения о природе влияния перечисленных элементов на увеличение склонности к росту зерна противоречивы.

Глава VIII ПРЕВРАЩЕНИЕ

ПЕРЕОХЛАЖДЕННОГО АУСТЕНИТА

При закалке, нормализации и отжиге происходит распад переохлажденного аустенита, при этом возможны три типа превращений: перлитное, промежуточное, мартенсит-ное. Легирующие элементы существенно влияют на кинетику и механизм этих превращений.

1. Влияние легирующих элементов

на устойчивость переохлажденного аустенита

Как известно, устойчивость переохлажденного аустенита к распаду характеризуется диаграммами изотермического Лревращения аустенита. Изменение содержания углерода Ичдегирование аустенита влияют на кинетику перлитного и промежуточного превращений и температуру мартенситного превращения 2.

На рис. 45 приведены такие диаграммы для углеродистых сталей с разным содержанием углерода. 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).

В литературе встречаются различные термины для указанных превращений. Так, перлитное превращение также называют эвтектоид-ным, диффузионным превращением, распадом на феррито-карбидную смесь (ФКС), превращением по 1 ступени. Промежуточное превращение - бейнитным превращением по П ступени.

Необходимо подчеркнуть, что составы аустенита и стали могут не совпадать, если легирующие элементы не полностью переведены в твердый раствор при аустенитизации. В этом случае нерастворенная часть легирующих элементов входит в состав карбидной (интерметал-лидной) фазы, которая иначе влияет на устойчивость аустенита. Поэтому приведенные ниже данные о влиянии углерода и легирующих элементов относятся к случаю нх растворения в аустените.

Некарбидообразующие элементы (Ni, Al, Si, Си), принципиально не меняя вид С-кривой, смещают ее по температуре превращения и повыщают устойчивость аустенита, т.е. увеличивают инкубационный период распада, сдвигая линии по диаграмме вправо. Исключение составляет кобальт, который уменьшает время до начала распада.

0,51 10 10 10 10* 0,51 10 10 10 10* 0.31 10 10- 10 10*

Время, с

Рис. 45. Диаграммы изотермического распада аустенита в углеродистых сталях (А. А. Попов, Л. Е. Попова):

а - доэвтектоидиая сталь (0,45 эвтектоидная сталь (1,2 % С)

С); б - эвтектоидная сталь (0,8% С); е -за-

Карбидообразующие элементы (Сг, Мо, W, V) существенно изменяют вид диаграммы и кинетику превращения, обусловливая четкое разделение перлитного и бейнитного превращения с появлением области повышенной устойчивости аустенита между ними. На рис. 46 приведены данные по влиянию никеля и хрома как некарбидообразующе-го и карбидообразующего элементов на характер диаграммы изотермического распада аустенита.

Разделение перлитного и промежуточного превраще- НИИ на диаграмме распада вообще свойственно легированным сталям при наличии в их составе нескольких легирующих элементов независимо от их карбидообразующей способности, хотя при наличии карбидообразователей эта особенность ярче проявляется.

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. Особенно эффективно увеличивают инкубационный период молибден и марганец, несколько слабее

800 600 400 200 800 600 °; Ш I 200 1 800

200 800 600

хром и никель. Уменьшает его кобальт. В доэвтектоидных сталях легирующие элементы могут по-разному влиять на выделение избыточного феррита и образование феррито-карбидной смеси. Так, кремний и алюминий ускоряют процесс образования избыточного феррита, но замедляют распад на феррито-карбидную смесь, а марганец и никель замедляют оба процесса. Уве--личение содержания углерода существенно уменьшает скорость образования избыточного феррцта в доэвтектоидных сталях и повышает скорость образования избыточного карбида в заэвтек-тоидных сталях, а скорость образования феррито-карбидной смеси максимальна при его концентрации, близкой к эвтектоидной.

В промежуточной области наиболее эффективно увеличивают устойчивость аустенита углерод и азот. Легирующие элементы Мп, Сг, Ni, Мо, W и другие расширяют инкубационный период начала промежуточного превращения, но суще-.ственно в меньшей степени, ное превращение. Как

Время,

Рис. 46. Влияние никеля и хрома на характер диаграмм изотермического распада аустенита стали с 0,5 % С (В. И. Зюзии)

чем они влияют на перлит-известно, промежуточное превращение в отличие от перлитного не завершается полным распадом аустенита, часть аустенита остается нераспав-шейся. 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. Так, наиболее сильный эффект повышения устойчивости аустенита наблюдается при таких композициях легирования, как Сг-Ni, Сг-Ni-Мо, Сг-Мп, Сг-Мп-V и др., причем соотношение легирую-

Мн,°С

щих элементов должно быть примерно Ni:Cr 2-3 а Мп:Сг 1,5:2.

Необходимо также отметить, что 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 также сильное влияние на температуру начала мартенситного превращения

Мп (рис. 47). Наиболее сильно понижает Мн марганец, несколько слабее действуют хром, ванадий, никель, молибден. Медь и кремний в количествах, применяемых в стали, мало влияют на положение мартенситной точки. Кобальт и алюминий повышают мартенситную точку. Углерод и азот сильно снижают температуру мартенситного превращения. Поскольку от положения тем-легирцнщий пературного интервала мартенсит-элемент, /оттссе) превращения аустенита по от- ношению к комнатной температуре зависит количество остаточного аустенита в стали, то элементы, понижающие температуру мартенситного превращения (С, Мп, Сг, Ni, Мо и др.), будут увеличивать количество остаточного аустенита после закал- кй, а Si и Со, наоборот, уменьшать его.

Влияние легирующих элементов до пределов их содержания в большинстве низколегированных и легированных сталей на температуру начала мартенситного превращения Ма может быть просуммировано. Хорошее совпадение с экспериментом дает формула А. А. Попова:

ЛГн = 520 - 320 (% С) - 45 (% Мп) - 30 (% Сг) -

- 20(%№ + %Мо) - 5(%Si + %Cu). (20)

В высоколегированных быстрорежущих сталях кобальт увеличивает количество остаточного аустенита в закаленной стали вследствие изменения растворимости в аустените других легирующих элементов.

2S0 200

150 100 50

Рнс. 47. Влияние содержания легирующих элементов на температуру начала мартенситного превращения стали с 0.9 % С (В. И. Зю-зин, В. Д. Садовский, С. И. Варанчук)

2. Диаграммы распада переохлажденного аустенита

Наиболее полной характеристикой превращений аустенита при охлаждении для каждой стали являются изотермические и термокинетические диаграммы распада переохлажденного аустенита.

Изотермические диаграммы характеризуют кинетику распада аустенита при постоянной температуре переохлаждения. Такие диаграммы 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.

Огромная работа по сбору, обработке и систематизации диаграмм распада переохлажденного аустенита для 600 марок сталей проведена А. А. Поповым и Л. Е. Поповой.

На рис. 48 сопоставлены изотермическая и термокинетическая диаграммы распада переохлажденного аустенита легированной стали. Термокинетическая диаграмма может быть построена как экспериментально, так и расчетными методами на основании изотермических диаграмм.

0,51,0 10

10 10

Время, с

Рнс. 48. Диаграмма изотермического (тонкие линии) н термокинетического (толстые лннин) распада переохлажденного аустеннта (А. А. Попов, Л. Е. Попова)