Аустенита превращение

1 Т. е. часть аустенита превращается в бейнит, часть — в мартенсит.

После закалки следует отпуск при 550—570 °С, вызывающий превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение в результате частичного распада мартенсита и выделения дисперсных карбидов, главным образом М,,С (см. рис. 155, г). Это сопровождается увеличением твердости (вторичная твердость). В процессе выдержки при отпуске из остаточного аустеппта выделяются карбиды, что уменьшает его легированность, поэтому при последую щем охлаждении он претерпевает мартепсипюе превращение (при температурах ~150°С). В процессе однократного отпуска только часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Чтобы весь остаточный аустенит перешел в мартенсит и произошел отпуск вновь образовавшегося мартенсита, применяют многократный (чаще трехкратный) отпуск при 550—570 JC. Продолжительность каждого отпуска 45-60 мин. Многократный отпуск повышает прочность

дуктом превращения является сорбит; при охлаждении со скоростью и3 продуктом превращения является тростит, а в случае охлаждения со скоростью и4 (в масле) часть аустенита превращается в верхнем районе с образованием тростита, а другая часть превращается "при достижении температуры М) — в мартенсит. Охлаждение аустенита со скоростью о5 (в воде) сопровождается только мартенситным превращением. Наименьшая скорость охлаждения, при которой аустенит превращается в мартенсит, называется крити-г' ческой скоростью закалки икр (касательная к линии начала превращения). Таким образом, чтобы закалить сталь на мартенсит, ее нужно охлаждать со скоростью не меньше, чем критическая.

(2,86 ГПа). Сужение рентгеновских линий мар_тенсита в непосредственной близости от поверхности и уменьшение параметра кристаллической решетки аустенита свидетельствуют о выделении углерода из твердого раствора под давлением абразивных тел. В тех же условиях в стали Х12Ф1, закаленной с 1170° С, 65,1% аустенита превращается в мартенсит, и коэффициент относительной износостойкости увеличивается в 5,3 раза.

2. При закалке с температур 1120 и 1150° (фиг. 64, виг) отпуск до температуры 375" практически не изменяет ни твёрдости, ни количества остаточного аустенита. Начиная с температуры отпуска около 450° и выше, наблюдается значительное увеличение твёрдости и уменьшение количества остаточного аустенита. При отпуске на 550° получается максимальная твёрдость и минимальное (15—20%) количество аустенита. При температурах отпуска до 375° в закалённой (на 1120 и 1150°) стали превращений, могущих влиять на изменение твёрдости, не происходит. При температурах отпуска, начиная с 375° и особенно с 450°, большое количество остаточного аустенита превращается во вторичный мартенсит. При температуре отпуска 550° и выше происходят одновременно два процесса: превращение остаточного аустенита в мартенсит и распад как первичного, так и вторичного мартенсита с образованием троостита и сорбита.

Для изготовления болтов используют также высокопрочные коррозионно-стойкие стали 07Х16Н6 и 1Х15Н4АМЗ-Ш, которые после закалки в воздухе с температуры растворения карбидов (1000... 1050 °С) имеют в основном аустенитную структуру. Упрочнение достигается обработкой холодом, в процессе которой 80 % аустенита превращается в мартенсит. Болты из таких сталей обладают высокими прочностью и коррозионной стойкостью. Как следует из анализа табл. 5.4, указанные стали по пластичности (относительному удлинению) и ударной вязкости значительно превосходят обычно применяемые для болтов конструкционные стали. Отметим, что сталь 07Х16Н6 сохраняет высокую ударную вязкость (ан = 80 ... 100 Дж/см2) и пластичность (бб > > 20 %) до температуры t = —196 °С, в то время как ударная вязкость высокопрочных конструкционных сталей, из которых изготовляют болты, не превышает 15 ... 20 Дж/см2. Благодаря указанным свойствам болты из сталей 07X16Н6 и 1Х15Н4АМЗ-Ш

тенсита превышает 40 %, то пластичность стали заметно падает, но прочность возрастает. Большое упрочнение стали может быть достигнуто нагартовкой предварительно закаленной на аустенит стали путем прокатки или волочения. После такой обработки большая часть аустенита превращается в мартенсит деформащщ. Дальнейшее упрочнение стали достигается старением при 450— 480 °С.

После закалки следует отпуск при 550—570 °С, вызывающий превращение остаточного аустенита в мартенсит и дисперсионное твердение в результате частичного распада мартенсита и выделения дисперсных карбидов. Это сопровождается увеличением твердости (вторичная твердость). В процессе выдержки при отпуске из остаточного аустенита выделяются карбиды, что уменьшает его легированность, и поэтому при последующем охлаждении он претерпевает мартенситное превращение (Мп л; 150 °С). В процессе однократного отпуска только часть остаточного аустенита превращается в мартенсит. Чтобы весь остаточный аустенит перешел в мартенсит и произошел отпуск вновь образовавшегося мартенсита, применяют многократный (чаще трехкратный) отпуск при 550—570 °С. Продолжительность каждого отпуска 45— 60 мин. Для стали Р6М5 оптимальный режим отпуска, обеспечивающий наибольшую твердость и высокие механические свойства: 350 °С 1 ч (первый отпуск) и 560—570 °С по 1 ч (последующие два отпуска). Получение более высокой твердости объясняется тем, что при температуре 350 °С выделяются частицы цементита, равномерно распределенные в стали. Это способствует более однородному выделению и распределению специальных карбидов МвС при температуре 560—570 °С.

зоне сварки и на периферийных участках, что снижает напряжения в металле. Уменьшается скорость охлаждения металла после сварки -больше аустенита превращается в мартенсит при высокой температуре, когда металл пластичен. Напряжения, возникающие из-за разницы объемов этих фаз, будут меньше, вероятность образования холодных трещин снизится. Применяя подогрев, нужно учитывать, что излишне высокая температура приводит к образованию грубой ферритно-пер-литной структуры, не обеспечивающей необходимую длительную прочность и ударную вязкость сварных соединений. Уменьшить опасность возникновения холодных трещин можно, производя отпуск деталей, выдерживая их при температуре 150...200 °С сразу после сварки в течение нескольких часов. За это время завершится превращение остаточного аустенита в мартенсит и удалится из металла большая часть растворенного в нем водорода.

4. Мартенситное превращение протекает в определенном температурном интервале. При охлаждении оно начинается при некоторой фиксированной температуре Л1Н, которая мало зависит от скорости охлаждения. По мере понижения температуры все большее количество аустенита превращается в мартенсит до тех пор, пока не будет достигнута температура Мк, при которой превращение заканчивается (рис. 114). Температура начала мартенситного превращения Мн обычно лежит значительно ниже температуры термодинамического равновесия фаз Т0. По расчетам Коэна Т0 в эвтектоидной стали находится при 458° С, а Мн = 285°С, когда AF = 1,34 кдж/моль (320 кал/моль). Как указывалось ранее, величина AF определяется суммарным вкладом трех энергий (объемной, поверхностной и упругой). Превращение становится возможным, когда AF ^ Д/V + Д^ s + +AFE. В данном случае большое значение А/7 обусловлено главным образом вкладом упругой энергии.

при котором большая часть аустенита превращается в мартенсит. Естественно, что наклеп несколько снижает их стойкость против коррозии, так как приводит к образованию двух фаз.

Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита — твердого раствора углерода в -у-железе, на почти чистое ос-железо и цементит:

При температуре равновесия А\ превращение аустенита в перлит невозможно, так как при этой температуре свободные энергии исходного аустенита и конечного перлита равны.

Превращение может начаться лишь при некотором переохлаждении, когда свободная энергия феррито-карбидной смеси (перлита) окажется меньшей, чем свободная энергия аустенита (см. рис. 176).

Если интервал Mf^—М" лежит выше М "3 (рис. 213,а), то при любой скорости охлаждения возникает реакция образования атермического мартенсита и только ниже М Цт возможно образование изотермического мартенсита из оставшегося не претерпевшего превращения аустенита. Превращение дает мало продуктов, так как тормозящее действие оказывает ранее образовавшийся мартенсит (атермический). Этот случай характерен для стали и имеет наибольшее практическое значение.

Изотермическое превращение А-+М характеризуется диаграммами (рис 8 19) подобными диаграммам изотермического превращения А-+П (температурной зависимостью времени превращения определенной доли аустенита, например, 1; 5; 25% и т. д.).

Промежуточное превращение аустенита является особым типом превращения, заключающимся в сочетании диффузионного процесса перераспределения С с образованием мартенсита.

Кинетика промежуточных превращений аустенита отличается рядом особенностей. Изотермическое превращение начинается после инкубационного периода и может быть остановлено быстрым охлаж,

ДеНПрМевращение происходит до определенного предела, после чего остается непревращенной соответствующая часть аустенита. Превращение усиливается с понижением температуры.

Частичное промежуточное превращение аустенита приводит к снижению мартенситной точки и к увеличению количества остаточ-

На участке полной перекристаллизации (рис. 13.17,16) в металле проходят процессы аустенитизации, роста зерна и перераспределения легирующих элементов и примесей. Аустенитиза-ция — переход Fea -»• Fev. Этот переход для доэвтектоидных сталей происходит в интервале температур, причем в условиях неравновесного сварочного нагрева с большими скоростями он начинается и заканчивается при температурах более высоких, чем равновесные ЛС] и А сз. При нагреве до температур начала аустенитизации сталь получает структуру феррито-перлито-карбидной смеси. Переход в аустенитное состояние представляет собой фазовое превращение диффузионного типа. Превращение начинается на участках перлита. Зародыши аустенита образуются на межфазных поверхностях феррит—цементит. Поскольку на каждом участке перлита возникает несколько зародышей аустенита, превращение Fea ->- FeT приводит к измельчению зерна. При росте зародышей зерен аустенита вместе с перестройкой ОЦК решетки в ГЦК решетку возникает новая кристаллографическая ориентация последней. В результате исчезают границы бывших* аусте-нитных зерен и образуются новые границы при стыковке растущих зерен. После завершения этого процесса образуются так называемые начальные зерна аустенита. Чем дисперснее исходная структура стали, т. е. чем больше межфазная поверхность, на которой образуются зародыши зерен аустенита, тем меньше размер начального аустенитного зерна.

Как показано исследованиями МВТУ поля остаточных напряжений и деформаций резко изменяются при сварке сталей мартенситного класса и других, которые примыкают к ним по своим свойствам и имеют низкую температуру распада аустенита. Превращение аустенита в мартенсит сопровождается при этом таким ростом объема, который превышает сокращение, вызванное охлаждением. Металл, находящийся в зоне соединения, не только не сокращается вдоль шва, но и удлиняется. В результате этого в зоне сварных швов могут возникать остаточные напряжения сжатия, направленные вдоль шва (вместо обычных растягивающих). Указанные зоны оказываются не сокращенными относительно своих первоначальных размеров, а, напротив, удлиненными.