Вплив легуючих елементів на сталі

Всі легуючі елементи впливають на стійкість а-фази і у-фази. Елементи першої групи — нікель, марганець, вуглець, азот і мідь — розширюють у-зону між точками А3 і А4. На рис. 70, а зображено діаграму стану сплавів «залізо—легуючий елемент» з розширеною у-зоною. Елементи другої групи — кремній, хром, алюміній, молібден, вольфрам, ванадій, титан, фосфор, бор, цирконій — утворюють замкнену у-зону (рис. 70,6), тобто підвищують точку А3 і знижують точку АЛ4.

70Таким чином, у подвійних діаграмах «залізо—легуючий елемент» при додаванні у сталь елементів першої групи можна досягти утворення стійкої аустенітної структури, а додаванням елементів другої групи — стій- кої феритної структури. У залізних сплавах з стійкою аустенітною і феритною структурами не відбувається перетворень Бе-а у Ре-у і Бе-у у Ре-а при нагріванні до температури плавлення і при охолодженні до нормальних температур.

У легованих сталях легуючі елементи можуть розчинятись в аустеніті, фериті або цементиті або утворювати карбіди, а також оксиди і сульфіди. Деякі легуючі елементи утворюють інтерметалеві сполуки із залізом або. між собою. Досить рідко легуючі елементи перебувають, у сталі у вільному стані.

У фериті розчинюються кремній, нікель, кобальт, марганець, хром, молібден, вольфрам, азот, фосфор та інші елементи. Більший або менший розчин цих елементів у фериті істотно змінює його властивості — сприяє підвищенню твердості, значному зниженню пластичності, опору пластичним деформаціям, а також опору в'язкому руйнуванню.

Легуючі елементи, розчиняючись у а-залізі, утворюють розчини заміщення. При цьому в кристалічній решітці виникають напруги, зумовлені різницею розмірів атомів в ній. Всі елементи, що розчиняються у фериті, змінюють параметри його решітки. Елементи з меншим, ніж

71у заліза, радіусом атома зменшують, а з більшим — збільшують параметри решітки. Внаслідок зміни розмірів а-решітки значно змінюються властивості фериту.

З рис. 71 видно, що хром, молібден, вольфрам надають фериту менше міцності, ніж марганець, кремній і нікель. Вольфрам, марганець, молібден і кремній знижують в'язкість фериту. Хром знижує її значно менше, ніж перелічені елементи, а нікель взагалі не знижує в'язкості фериту.

Отже, найбільш важливим легуючим елементом з перелічених на рис. 71 є нікель.

Встановлено, що твердість фериту з вмістом вуглецю менш як 0,02% і легованого хромом, марганцем і нікелем після швидкого охолодження стає більш високою.

Таке явище пояснюється утворенням структури мар- тенситного типу. Властивості фериту, легованого кремнієм, молібденом або вольфрамом, від способу охолодження сплаву не залежать.

В аустеніті розчиняються нікель, марганець, хром, вуглець та інші елементи. Ці елементи підвищують стійкість аустеніту при охолодженні. Багато елементів реагують з вуглецем, утворюючи при цьому карбіди, і розчинюються у цементиті. До таких елементів належать титан, ванадій, хром, марганець, цирконій, ніобій, молібден, тантал, вольфрам, реній та ін. Карбіди (VC, ТіС, ТаС та

ін.), які не розчинюють у собі залізо, називають спеціальними.

У всіх карбідоутворюючих елементів, крім Ре і Мп, атомні радіуси значно більші ніж у вуглецю, і відношення радіусів атомів вуглецю до радіусів атомів металу менші за 0,59.

За таких умов можна створювати особливі види сполук, які називають фазами проникнення.

В сталях звичайно містяться карбіди першої групи — М3С, М23С6, М7С3, М6С і карбіди другої групи — МС і М2С (буквою М позначено суму карбідоутворюючих металевих елементів). Карбіди першої групи мають складну кристалічну решітку і легко розчинюються в аустеніті. Типовим представником цих карбідів є цементит Ре3С.

Карбіди другої групи мають просту кристалічну решітку і належать до фаз проникнення. Фази проникнення майже не розчинні в аустеніті і навіть за високих температур не переходять у твердий розчин. Всі карбідні фази мають високу твердість і високу температуру плавлення.

72Вплив легуючих елементів на кінетику перетворення аустеніту. Легуючі елементи істотно впливають на перетворення аустеніту. При ізотермічному перетворенні вони утворюють карбіди першої групи, уповільнюють перетворення аустеніту при температурі 700—500° С, тобто при утворенні перліту, а при температурі 500—400° С значно уповільнюють перетворення аустеніту. При 400— 300° С, коли утворюється бейніт, вони прискорюють перетворення аустеніту.

Легуючі елементи Мп, №, Си та ін., які розчиняються у фериті або цементиті і не утворюють карбідів, уповільнюють перетворення аустеніту, а Со — прискорює це перетворення.

З рис. 72 видно, що в сталі, легованій №, Мп і Бі, ізотермічні перетворення аустеніту уповільнюються при всіх температурах, а в сталі, легованій карбідоутворгаючими елементами Сг, XV, Мо та V при високих температурах перетворення аустеніту уповільнюється, а в певному інтервалі більш низьких температур — прискорюється.

Прогартовуваність сталі залежить від швидкості розпаду аустеніту, отже, цей фактор є дуже важливим для легованих сталей. Встановлено, що на збільшення про- жарюваності особливо великий вплив мають Сг, Іч'і, Мота Мп. Добрі наслідки дає сумісна дія таких легуючих елементів, як нікель і хром.

73Дослідним шляхом встановлено, що введення навіть тисячних часток деяких легуючих елементів, наприклад бору, збільшує прогартовуваність сталі. Це явище пояснюється тим, що весь бор, який розташовується в тонких граничних шарах зерен аустеніту, зменшує швидкість зародження центрів кристалізації перліту. При більшому вмісті бору на межах зерен з'являються надлишкові бориди, які є центрами кристалізації і тому прогартовуваність зменшується. Найбільш ефективно впливає на прогартовуваність молібден. Додавання в сталь 0,4% молібдену збільшує глибину прогартовування від 10 до 100 мм.

Важкорозчинні в аустеніті карбіди також зменшують прожарюваність, бо вони діють як готові центри кристалізації перліту.

Вплив легуючих елементів на температуру мартен- ситного перетворення. З рис. 73 видно, що введення в сталь Си, N5, Сг, Мо і Мп знижує, а введення А1 і Со підвищує температуру мартенситного перетворення. Крім того, введення Мп, Сг і № сприяє збільшенню вмісту залишкового аустеніту.

Вплив легуючих елементів на ріст зерен аустеніту. Всі легуючі елементи перешкоджають росту аустенітних зерен. В цьому розумінні найбільш впливають Сг, Мо, V, \У і Ті. Більш слабким є вплив N1, Со, Бі, а найслабшим — вплив Си. Введення Мп і В сприяє росту зерен, а карбіди, не розчинені в аустеніті, перешкоджають росту аустенітних зерен. Сталі, які містять навіть невелику кількість нерозчинних карбідів, зберігають дрібнозернисту будову до високих температур.

Відпуск легованих сталей. Як відомо, легуючі елементи впливають на швидкість та інтервали температур перетворень мартенситу, а також на коагуляцію (ріст) карбідної фази. При першому перетворенні в процесі відпуску вуглецевої сталі при температурі 300° С з перенасиченого твердого розчину виділяється вуглець, і тетрагональний мартенсит перетворюється в кубічний. Введення хрому, ванадію, титану, вольфраму, молібдену і кремнію підвищують температуру виділення вуглецю при відпуску до 450° С.

Процес перетворення залишкового аустеніту в мартенсит більшістю згаданих легуючих елементів загальмовується. Введення їх підвищує температурну межу другого перетворення при відпуску сталі. На друге перетворення значно впливають також хром, марганець і кремній. Вплив нікелю, молібдену, ванадію і міді незначний, а кобальт на температурний інтервал розпаду залишкового аустеніту зовсім не впливає.

В результаті третього перетворення при відпуску вуглецевої і легованої сталі закінчується утворення ферит- но-цементитної структури, тобто троститу відпуску. Введення вольфраму і хрому підвищує температуру початку

коагуляції цементитних (карбідних) часточок до 450° С, а молібдену — до 550° С. Карбідоутворювачі (марганець, хром, ванадій і молібден) уповільнюють коагуляцію цементитних часточок.

При високому відпуску легованих сталей, внаслідок утворення найдрібніших часточок спеціальних карбідів в інтервалі температур 500—600° С, з'являється вторинна твердість сталі.

26.12.2015
2928

Комментарии

Нет комментариев. Ваш будет первым!