наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые стали.

наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые стали.

Структурная наследственность при аустенитизации

Стали одной и той же марки могут различаться по своей склонности к росту зерна аустенита при нагреве. Это зависит от многих факторов (количества включений - оксидов, нитридов, карбидов, способа выплавки и раскисления стали, условий кристаллизации и т. д. ), которые можно отнести к особенностям металлургического производства стали. При этом в одной стали при нагреве зерно аустенита будет расти медленно и равномерно, а в другой быстро и неравномерно, т. е. наряду с мелкими зернами будут и очень крупные. В связи с этим различают (рис. 2. 1)стали наследственно крупнозернистые и наследственно мелкозернистые.

Рис. 2. 1 - Схема роста зерна аустенита при нагреве

Наследственный размер зерна аустенита -технологическая характеристика склонности стали к росту зерна, он может быть меньше или больше действительного (в зависимости от того, при какой температуре зафиксировано действительное и при какой определялось наследственное). В наследственно крупнозернистой стали зерно начинает интенсивно расти при достижении определенной температуры выше АС3, которую называют пороговой температурой - выше которой начинается интенсивный рост зерна (иногда называют температурой порогового роста аустенитного зерна). А в наследственно мелкозернистой стали при достижении такой же температуры нагрева или даже при нагреве до более высокой зерно аустенита остается мелким. Для определения склонности стали к росту зерна пользуются стандартной технологической пробой, одна из которых состоит в нагреве стали до температуры 9300С и фиксации структуры, свойственной этому состоянию различными способами. Практически все легирующие элементы, кроме марганца и кремния, тормозят рост аустенитного зерна при нагреве. На рост зерен при нагреве оказывает большое влияние и наличие частиц вторичной фазы на границах зерен, которые сдерживают их рост, и также и скорость нагрева. Существенное влияние на склонность к росту аустенитного зерна оказывает и способ раскисления стали – при раскислении только ферромарганцем (кипящая сталь) или ферромарганцем и ферросилицием – наследственно крупнозернистая, а при дополнительном раскислении алюминием – мелкозернистая. Это объясняется наличием в стали, раскисленной алюминием, мельчайших частиц нитридов и оксидов алюминия, которые выделяются на границах зерен и препятствуют их росту.

Отпуск в сталях.

Первая стадия: двухфазный распад существенный для мартенсита с исходной и более низкой концентрацией углерода и с разной степенью тетрагональных решеток. Вторая стадия: однофазный распад-диффузионная подвижность атомов углерода возрастает, концентрация по объему мартенситной формы выравнивается.

цель отпуска. параметры отпуска. Превращения при отпуске.

Отпуск – заключительная термическая операция, состоящая в нагреве закаленного сплава ниже температуры фазового превращения (для углеродистой стали это ниже температуры Ас1), выдержке и охлаждении на воздухе. Целью отпуска является получение более равновесной структуры, снятие внутренних напряжений, повышение вязкости и пластичности, создание требуемого комплекса эксплуатационных свойств стали. Различают три вида отпуска. 1. Низкий отпуск углеродистой стали проводят при температуре 150-2000С. При этом из мартенсита выделяется часть избыточного углерода с образованием мельчайших карбидных частиц. Но поскольку скорость диффузии здесь еще мала, некоторая часть углерода в мартенсите остается. 2. Средний отпуск проводят при температуре 350 – 4500С. При этом из мартенсита уже выделяется весь избыточный углерод с образованием цементитных частиц. Тетрагональные искажения кристаллической решетки железа снимаются, она становится кубической. Мартенсит превращается в феррито-цементитную смесь с очень мелкими, в виде иголочек, частицами цементита, которая называется трооститом отпуска. 3. Высокий отпуск проводят для среднеуглеродистых сталей с содержанием углерода 0, 3 – 0, 45%. Он заключается в нагреве закаленной стали до температуры 550 - 650 0С. Цель высокого отпуск – достижение оптимального сочетания прочности, пластичности и вязкости. Структура стали после закалки и высокого отпуска – сорбит отпуска (мелкая смесь феррита и зернистого цементита, более крупного по сравнению с цементитом троостита отпуска). Время выдержки при низком отпуске составляет от 1 до 10-15 часов, так как при таких низких температурах диффузия углерода идет медленно. Для среднего и высокого отпуска обычно достаточно 1-2 часа.

Перераспределение углерода. Выделение промежуточных карбидов. Выделение цементитных карбидов.

В свежезакаленном мартенсите перераспределение углерода заметно уже при 40 °С. Вначале на каждый кластер приходится лишь несколько атомов углерода. Кластеры постепенно укрупняются, а содержание углерода в них становится соответствующим составу, который можно описать формулой Fe4C. Этот процесс контролируется диффузией углерода. Выделение промежуточных карбидов из мартенсита – следующая после сегрегации углерода стадия структурных изменений при отпуске. Начиная примерно с температуры 100 °С экспериментально обнаруживается метастабильный e-карбид, отличающийся от цементита типом решётки (гексагональная у ε -карбида, ромбическая у цементита). При низких температурах ε -карбид выделяется в виде очень дисперсных пластин или стержней. С повышением температуры или увеличением продолжительности отпуска частицы ε -карбида укрупняются. При росте t концентрация углерода в мартенсите продолжает снижаться, что приводит к дальнейшему уменьшению межплоскостных расстояний. Решетка мартенсита начинает лучше сопрягаться с решеткой цементита. Происходит образование цементита. Завершающая стадия карбидообразования коагуляция и сфероидизация цементитных частиц.

Влияние легирующих элементов: Распад мартенсита. Образование специальных карбидов. Возврат и рекристаллизация a-фазы. Распад остаточного аустенита. Дисперсионное упрочнение стали

1. Влияние легирующих элементов. Карбидообразующие элементы замедляют распад мартенсита и смещают температурный интервал в область более высоких температур. 2. Образование спец. карбидов. При t более 400С образуются спец карбиды: либо за счет выделения из пересыщенного -твердого раствора, либо за счет пересыщения цементита по легирующему элементу с перестройкой его решетки. . 3. Распад остаточного аустенита. Легирующие элементы повышают температурный интервал распада до 500-600С, вместо 200-300 и углеродистых. После отпуска при 500-600С остаточный аустенит приобретает склонность к мартенситному превращению. 4. Легирующие элементы затрудняют возврат и рекристаллизацию -фазы тк выделение спец карбидов затрудняют движение дислокаций в теле зерна. 5. Дисперсное упрочнение стали. Формирование дисперсной карбидной фазы упрочняет металл вследствие затруднения движения дислокаций.

Если эффект дисперсионного твердения превышает эффект твердорастворного разупрочнения то формируется пик вторичной твердости.

ОТПУСК ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ, ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ ПРИ ОТПУСКЕ
ВЫСОКИЙ СРЕДНИЙ, НИЗКИЙ ОТПУСК: ЦЕЛИ, РЕЖИМЫ, СТРУКТУРА, СВОЙСТВА

Цель отпуска – не просто устранить внутренние напряжения в закаленной стали. При низком отпуске мартенсит частично освобождается от пересыщающих его решетку атомов углерода, основу мартенсита отпуска составляет пересыщенный твердый раствор углерода. Среднетемпературный (средний) отпуск производится при температуре от 350 до 450 °C. При таком нагреве завершается распад мартенсита, приводящий к образованию нормальных по составу и внутреннему строению феррита и цементита. Вследствие недостаточной интенсивности диффузионных процессов размер зерен образующихся фаз оказывается очень малым. Высокотемпературный (высокий) отпуск осуществляется при 500–650 °C. При таких условиях нагрева при усилившихся диффузионных процессах происходит образование более крупных зерен феррита и цементита, сопровождающееся снижением плотности дислокаций и полным устранением остаточных напряжений. Получающийся при высоком отпуске продукт распада мартенсита, называемый сорбитом отпуска, обладает максимальной для стали вязкостью. Такой комплекс является идеальным для деталей машин, подвергающихся динамическим нагрузкам. Благодаря этому преимуществу термическую обработку, сочетающую закалку и высокий отпуск, издавна называют улучшением.