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 превращений 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 (рис. 49).

Для углеродистых, а также некоторых низколегированных сталей, содержащих в основном некарбидообразующие элементы - никель, кремний, медь (рис. 49,о), изотермический распад аустенита характеризуется С-образными кривыми с одним максимумом. Перлитное и промежуточное превращения не разделены. При непрерывном охлаждении такой стали в зависимости от скорости охлаждения могут быть получены три типа структур: мартенсита (скорость охлаждения выше критической), мартенсита и феррито-карбидной смеси (ФКС) и только ФКС

Для легированных сталей, содержащих карбидообразу-ющие элементы - хром, молибден, вольфрам, ванадий и др. (рис. 49, б, г), диаграммы распада имеют две четко разделенные между собой области перлитного и промежуточного превращений, для каждой из которых характерны свои С-образные кривые. При содержании углерода до 0,4-0,5 % в конструкционных сталях (например, 2РХ2Н4А, 45ХН2МФА, ЗОХГСА, 38ХМЮА и др.) превращение по I ступейяхдви-нуто вправо по отношению к превращению по П ступени (рис. 49,6), а при большем содержании углерода (инструментальные стали типа 7X3, ШХ15, 9Х и т. п.), наоборот, I ступень лежит левее И ступени (рис. 49, г).

Для хромоникельмолибденовых и хромоникель-вольфрамовых сталей, (например, 12Х2Н4А, 18Х2Н4МА, 25X2Н4МА и др.) с содержанием углерода в пределах 0,15-0,25 % С (рис. 49, в) характерна весьма высокая устойчивость переохлажденного аустенита в перлитной области и малая устойчивость его в бейннт-ной области, вследствие чего I ступень на диаграмме распада аустенита отсутствует.

В высоколегированных хромистых сталях типа 30X13, 40X13, 20X17 и др. (рис. 49,5) промежуточное превращение может быть сильно заторможено и сдвинуто в область температур мартенситного превращения, вследствие чего на диаграммах распада аустенита имеется лишь перлитное превращение, а промежутощое отсутствует.

В сталях аустенитного класса, а именно высоколегированных сталях типа 37Х12Н8Г8МФБ (ЭИ487), 45Х14Н14В2М (ЭИ69) (ркс. 49, е), благодаря высокому содержанию хрома, никеля, марганца и углерода температура начала мартенситного превращения лежит ниже комнатной, а распада аустенита по I и И ступеням практически не наблюдается. Из-за повышенного содержания углерода в

7ffff 500 300

0,51 10 ЮЧОЮ 0,51 10 ЮЧО 1010 0,51 Ю ЮЧО W10

время, с

700 500 300 \ 100

Ь 700

время, с

Рис. 49. Основные разновидности диаграмм (I - 1°Х

нетические) распада переохлажденного аустенита (Д. А. Попов Л Е ТО п - углеводистые и низколегированные стали, ие содержащие кароидоооразую щихэлеКо б-легированные стали (до 0.4-0,5% С), содержащие карбидо зующие элементы; е - легированные хромом елем молибденом (воль фрамом) стали с иизкнм содержанием углерода (до 0.2-0,25%); г-легирован ?£е стали, содержащие карбидообразующие элементы ( . соколеги д - высоколегированные стали с высоким содержанием хрома е --Д ° ° роваииые аустенитные стали, /-начало превращения; 2-конец превращения 3-начало образования ФКС; 4 - начало образования продуктов промежуточно го превращения; 5 - начало выделения карбидов

аустените этих сталей при переохлаждении возможно образование избыточных специальных карбидов.

Необходимо отметить, что указанное разделение диаграмм в известной мере является условным, так как оци не охватывают всего многообразия изотермических и термокинетических диаграмм распада переохлажденного аустенита.

3. 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 у-твердом растворе, зависит! скорость отдельных звеньев перлитного превращения, а\ следовательно, и кинетика его в целом.

Полиморфный у-сс-переход в железе при малом переохлаждении аустенита (в районе температур I ступени) происходит путем неупорядоченного смещения атомов в отличие от мартенситного (при ббльшем переохлаждении), носящего сдвиговый 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.

По данным Р. И. Энтина, замедление у->а-перехода под влиянием легирования обусловлено повышением энергии активации процесса самодиффузии железа и, следовательно, усилением межатомного взаимодействия в легированном у-твердом растворе.

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 карбиы, кроме цементита.

Специальные карбиды при наличии в составе растворенных сильных карбидообразующих элементов (ниобия, ванадия, хрома и др.) образуются в переохлажденном аустените до начала y-va-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 -МеС (VC, NbC, TiC, ZrC).

Схема распада аустенита и процесса карбидообразова-ния при перлитном превращении в сталях с ванадием, ниобием, титаном и цирконием имеет вид

Г - МеС \ f

MeCip + ар.а FejC + а э

(21)

где у - переохлажденный исходный аустенит; МеС а - карбид, выделившийся в аустените; у - аустенит после выделения карбида; ап.и - пересыщенный карбидообразу-ющим элементом и углеродом избыточный феррит; ар.и - равновесный избыточный феррит; Л1еС ф - карбид, выделившийся в избыточном феррите; уэ - аустенит эвтектоид-ного состава; РезС - цементит эвтектоида (перлита); ап-э - пересыщенный феррит эвтектоида (перлита); ар.э-равновесный феррит эвтектоида; МеС-а-карбид, выделившийся в феррите эвтектоида.

Образование карбида в переохлажденном аустените до начала y-va-превращения {МеСа) объясняется уменьшением растворимости в аустените карбидообразующего элемента и углерода при понижении температуры.

Из схемы видно, что после полиморфного y-va-nepexo-да образующийся феррит (как избыточный, так и эвтектоида) сначала пересыщен карбидообразующим элементом и углеродом, затем из него образуется карбид, после чего феррит по состоянию становится близким к равновесному; этот процесс длится несколько секунд.

Карбиды, выделившиеся на разных стадиях {МеС а.-МеСф и МеСэ), имеют разную форму и характер расположения (рис. 50). Карбиды, выделившиеся в переохлажденном аустените (рис. 50, а), располагаются по границам зерен аустенита {111 на рисунке 50, а) и по дефектам кристал-. лического строения, например, дислокациям, дефектам упаковки и т. п. в объеме аустенитного зерна. Карбиды, выделившиеся в избыточном феррите (рис. 50,6), могут

быть непрерывными и прерывистыми (/, п). Непрерывные выделения возникают внутри зерна феррита, а вблизи границы зерен может быть зона, свободная от выделений. Прерывистые или нитевидные выделения образуются от мигрировавшей внутрь аустенита границы феррит-ного зерна. Они возникают при превращениях, имеется

Рис. 50. Выделения карбида ванадия прн диффузионном Tia-npeB-ращеннн, X 20 ООО (М. И. Гольд-штейн, Э. л. Колосова, Г. Д. Сус -лопаров):

о -в переохлажденном аустените; о -в избыточном феррите; в -в феррите эвтектоида

граница раздела между двумя фазами с большими углами разориентировки, когда скорость миграции границы соизмерима со скоростью диффузии элементов, входящих в состав нитевидного карбида. Из перечисленных элементен IV и V групп прерывистые выделения обнаружены при формировании карбида ванадия. Карбиды, образовавшиеся из феррита эвтектоида (рис. 50, в), располагаются между пластинами цементита.

Форма непрерывных выделений одного и тогб же карбида, возникших на первых этапах распада в аустените и феррите, разная и определяется ориентационным соотношением кристаллических решеток матрицы и карбида.

Карбиды типа МеС образуются непосредственно из пересыщенного твердого раствора независимо от цементита при содержании в стали <0,1 %, V, Nb, Ti; в цементите эти элементы практически не растворяются.

В сталях, содержащих карбидообразующие элементы VI группы (Сг, Мо, W), процесс карбидообразования усложняется. Элементы этой группы в зависимости от содержания легирующего элемента в аустените могут образовывать несколько типов карбидов (см. гл. V. п. 3). В сталях с хромом - легированный цементит (Fe, Сг)зС и специальные карбиды (Fe, Сг)7Сз и (Fe, Сг)2зСб; в сталях с молибденом (вольфрамом) - карбиды (Fe, Мо)2зСб, МоС, М02С, (Fe, Мо)бС (аналогичные карбиды образует вольфрам).

В хромистых сталях наряду с механизмом зарождения карбидов непосредственно в твердом растворе возможно образование карбидов по механизму на месте (in situ) у при этом новый карбид зарождается из ранее образовавшегося карбида того же элемента, но имеет строение другого типа. Такой механизм возможен, если две карбидные фазы допускают отклонение от стехиометрического состава в достаточно широких и перекрывающихся пределах. Тогда принципиально возможен переход одного карбида в другой путем трансформации решетки в пределах всей карбидной частицы или ее доли. Так, в хромистых сталях из легированного хромом цементита возможно образование гексагонального карбида хрома: (Fe, Сг)зС-(Ре,. Сг)7Сз. В высокохромистых сталях (более 12 % Сг) возможна реакция на месте : (Fe, Сг)7Сз-(Ре, Сг)2зСб.

Некарбидообразующие элементы (Ni, Со, Si) непосредственного участия в процессах образования специальных карбидов не принимают. Как правило, они входят в состав цементита в количестве, равном их среднему содержанию в стали. Косвенное влияние их может состоять в воздействии на термодинамическую активность других элементов, т. е. на процесс их перераспределения при кар-бидообразовании. Перераспределение элементов при образовании специальных карбидов контролируется диффузионной подвижностью элементов. Все карбидообразующие элементы имеют коэффициент диффузии в аустените на 4-5 порядков ниже, чем у углерода. Влияние легиро-