Аустенита вследствие

После закалки с индукционного нагрева действительное зерно аустенита значительно мельче (балл 10—12), чем при обычной закалке с печным нагревом (балл 7—8). С повышением темш ратуры число зародышей аустенита возрастает более интенсивно, чем ско-

При понижении температуры изотермического превращения устойчивость аустенита понижается и при 600 — 500° С достигает минимума (см. рис. 8.5). При дальнейшем увеличении переохлаждения вплоть до точки М устойчивость аустенита возрастает. У легиро-

Выделение карбидов из аустенита возрастает при повышении концентрации С и легировании Si, Mn, Cr, Ni.

В результате ЭМО на поверхности деталей, изготовленных из порошковых материалов, как и при обработке деталей из компактных материалов, образуется упрочненный слой, состоящий из мартенсита и остаточного аустенита. Результаты рентгено-структурных исследований, проведенных на приборе ДРОН-3, показали, что с увеличением силы электрического тока повышается содержание углерода в мартенсите, размер блоков мартенсита, количество остаточного аустенита. Возрастает также твердость поверхностного слоя [7]. Это, вероятно, обусловлено тем, что с увеличением силы электрического тока при неизменных прочих условиях возрастают объем высокотемпературной зоны и степень ее разогрева, что приводит к повышению продолжительности воздействия высоких температур, продолжительности роста зерна аустенита. Наличие пористости, незначительная масса исследованных втулок (150 г), а также малая толщина стенок (6 мм) приводят к уменьшению скорости охлаждения при ЭМО, что оказывает значительное влияние на дисперсность мартенсита и характер распределения углерода в поверхностном слое.

В зависимости от температуры нагрева упрочненная зона может в общем случае состоять из трех или двух слоев. Первый слой с температурой нагрева выше температуры плавления имеет явно выраженную дендритную структуру. Оси дендритов при этом растут перпендикулярно границе раздела в направлении отвода теплоты в тело детали. Между оплавленным слоем и следующей за ним зоной термического влияния существует четкая граница. Зона термического влияния обычно состоит из белого и переходного слоев. Белый слой представляет собой светлую нетравяшуюся полосу. Предполагают, что этот слой имеет высокую концентрацию азота за счет высокотемпературного насыщения азотом воздуха. Вследствие высокой скорости охлаждения эта зона имеет закаленную структуру, строение которой зависит от концентрации углерода. В закаленном слое технически чистого железа происходит измельчение зерна феррита (от 50 до 10—15 мкм), а в отдельных зернах образуется пакетный мартенсит с развитой блочной структурой, имеющей невысокую твердость. В малоуглеродистой стали эта зона состоит из пакетного мартенсита, а в среднеуглеродистых сталях — из пакетного и пластинчатого мартенсита с небольшим количеством остаточного аустенита, в эвтектоидной стали эта зона представляет пластинчатый высокодисперсный мартенсит с 20% остаточного аустенита. С увеличением концентрации углерода в стали содержание остаточного аустенита возрастает, что вызывает снижение твердости этой зоны. Второй слой зоны термического влияния является переходным к исходной структуре. У доэвтектоидной стали он состоит из феррита и мартенсита.

5. Почему при увеличении скорости охлаждения аустенита возрастает твердость продуктов его распада? Перечислите эти продукты.

Все элементы, растворяющиеся в железе, изменяют устойчивость феррита и аустенита. По характеру влияния на полиморфные превращения все элементы могут быть разделены на две группы. Элементы первой группы расширяют область устойчивого состояния аустенита. Они способствуют повышению критической точки А$ и снижению точки А3. К этой группе относятся никель, марганец, медь, кобальт и азот. На рис. 82, а показана условная диаграмма состояния железа и одного из элементов первой группы. Левая ордината на диаграмме соответствует чистому железу. Содержание элемента, расширяющего область устойчивого аустенита, возрастает слева направо. По диаграмме состояния видно, что при содержании легирующего элемента свыше определенного процента сталь от комнатных температур до линии солидуса имеет структуру аустенита. Такая сталь называется аустенитной. Для придания аустенитной структуры сталь обычно легируют никелем или марганцем.

В растворах внедрения (в отличие от растворов замещения) параметр решетки всегда возрастает при увеличении концентрации растворенных атомов. Так, при увеличении концентрации азота в Y-железе с 0,5 до 2,5% параметр аустенита возрастает с 3,56-Ю"1 до 3,65- Ю-1 нм (с 3,56 до 3,65 А). Искажения кристаллической решетки, которые возникают при образовании растворов внедрения, больше, чем при образовании растворов замещения.

Устойчивость аустенита в значительной мере зависит от степени переохлаждения. Наименьшую устойчивость аустенит имеет при температурах, близких к 550 °С. Для эвтектоидной стали время устойчивости аустенита при 550-560 °С — около 1 с. По мере удаления от температуры 550 °С устойчивость аустенита возрастает. Время устойчивости при 700 °С составляет 10 с, а при 300 °С — около 1 мин. При охлаждении стали до 550 °С (точки начала и конца распада — а2 и Ь% соответственно, см. рис. 9.4) аустенит превращается в троостит — смесь феррита и цементита (рис. 9.5, в), которая отличается от перлита и сорбита высокой степенью дисперсности составляющих и обладает повышенной твердостью (40-45 НКСЭ), прочностью, умеренной вязкостью и пластичностью. Ниже температуры 550 °С в результате промежуточного превращения аустенита (в температурном интервале, расположенном ниже перлитного, но выше мар-тенситного превращения) образуется структура бейнита, состоящая из смеси перенасыщенного углеродом феррита и карбидов (цементита). Различают верхний бейнит перистого строения), появляющийся при 500-350 °С, и нижний (пластинчатого, игольчатого строения), образующийся при 350-250 °С.

В зависимости от температуры нагрева упрочненная зона может в общем случае состоять из трех или двух слоев. Первый слой с температурой нагрева выше температуры плавления имеет явно выраженную дендритную структуру. Оси дендритов при этом растут перпендикулярно к границе раздела в направлении отвода теплоты в тело детали. Между оплавленным слоем и следующей за ним зоной термического влияния существует четкая граница. Зона термического влияния обычно состоит из белого и переходного слоев. Белый слой представляет собой светлую нетравящуюся полосу. Предполагают, что этот слой имеет высокую концентрацию азота за счет высокотемпературного насыщения азотом воздуха. Вследствие высокой скорости охлаждения эта зона имеет закаленную структуру, строение которой зависит от концентрации углерода. В закаленном слое технически чистого железа происходит измельчение зерна феррита (от 50 до 10-15 мкм), а в отдельных зернах образуется пакетный мартенсит с развитой блочной структурой, имеющей невысокую твердость. В малоуглеродистой стали эта зона состоит из пакетного мартенсита, а в среднеуглеро-дистых сталях — из пакетного и пластинчатого мартенсита с небольшим количеством остаточного аустенита, в эвтектоидной стали эта зона представляет пластинчатый высокодисперсный мартенсит с 20 % остаточного аустенита. С увеличением концентрации углерода в стали содержание остаточного аустенита возрастает, что вызывает снижение твердости этой зоны. Второй

аустенита, тем меньшая по уровню энергии и объему необходима флуктуация, служащая зародышем цементита, и тем больше таких флуктуации. Вследствие этого с увеличением степени переохлаждения аустенита возрастает число критических зародышей цементита, образующихся в единицу времени в единице объема. Иными словами, с. з. ц. зависит от степени переохлаждения аустенита. От степени переохлаждения зависит также и л. с. р.

является а-фаза (феррит). При незначительном содержании углерода в сплавах у-фаза (аустенит) существует только при содержании л них хрома не более 11,5% и в интервале температур 865—1400° С. При этом получается замкнутая, сравнительно узкая область существования у-фазы. При дальнейшем повышении содержания хрома у-область исчезает при содержании в сплавах (безуглсродпетых) свыше 12% Сг. В области аустенита вследствие- иозмсжиых фазовых превращений сплавы могут подвергаться термической обработке.

Наиболее желательна высокая скорость охлаждения (выше критической скорости закалки) в интервале температур Лг -М,, для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращения и замедленное охлаждение в интервале температур мартенситного превращения /VI,, —М„. Высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале температур нежелательна, так как ведет к резкому увеличению уровня остаточных напряжений и даже к образованию трещин. Особенно опасны растягивающие напряжения, которые в условиях временного снижения сопротивления пластическим деформациям стали в период превращения могут вызвать трещины. В то же время слишком мед-лепное охлаждение в интервале температур Мн — Мп может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества остаточного аустенита вследствие его стабилизации, что снижает твердость стали.

При промежуточном превращении аустенита вследствие у->-а-пе-рехода возникает а-фаза.

Отпуск — это процесс термической обработки, связанный с изменением строения и свойств закаленной стали при нагреве ниже критических температур. При отпуске происходит распад мартенсита (пересыщенного твердого раствора С в a-Fe после закалки) и остаточного аустенита. Вследствие перехода к более устойчивому состоянию образуются структуры продуктов распада М и А, смеси a-Fe и карбидов. При этом повышаются пластичность и вязкость, снижается твердость и уменьшаются оста- (/ (/ точные напряжения в стали.

Например, изучение процессов сухого трения скольжения высоколегированных никелевых, хромоникелевых и хромомарганцевых сталей показало, что значительное количество мартенсита деформации вызывает интенсивное и анизотропное по характеру упрочнение их активных слоев, что повышает сопротивление материалов схватыванию [11]. Мартенситное превращение в стали при трении способствует повышению работоспособности аустенита вследствие более длительного сохранения им пластических свойств.

Сталь Ст. 5 подвергалась следующей обработке: аустени-зация при температуре 1100°С в течение 1 ч; подстуживание до температуры деформации 900°С; пластическая деформация растяжением на 6%; немедленная закалка с температуры деформации в воде; отпуск при температуре 500°С. В этом случае упрочнение связано с измельчением аустенита вследствие образования дефектов кристаллической решетки большой плотности. При этом имеет место измельчение мартенситных пластин, образование тонкой структуры, направленная ориентация кристаллов мартенсита [72]. При последующем отпуске упрочнение является следствием дисперсионного твердения и изменения характера выделений карбидов.

Сталь 1Х17Н2 в исходном состоянии имеет мартен-ситную структуру с небольшим количеством (до 10%) феррита и остаточного аустенита. По своим механическим свойствам и твердости она близка к стали ЭИ961, однако уступает ей в стойкости 'вследствие наличия структурно свободного феррита.

Хромоникелевая сталь 1Х18Н10Т после закалки имеет структуру стабильного аустенита. Вследствие этого

Наиболее желательна высокая скорость охлаждения (выше критической скорости закалки) в интерзале температур Лх — Ма для подавления распада переохлажденного аустенита в области перлитного и промежуточного превращений и замедленное охлаждение в интервале температур мартенситного превращения Мп—Мк. Высокая скорость охлаждения в мартенситном интервале температур нежелательна, так как ведет к увеличению уровня остаточных напряжений и даже к образованию трещин. В то же время слишком медленное охлаждение в интервале температур Мя—;ИЕ может привести к частичному отпуску мартенсита и увеличению количества остаточного аустенита вследствие его стабилизации, что снижает твердость стали.

ние устойчивого аустенита вследствие обратного а -»- Y — превращения.

Наличие в стальной связке сильных карбидообразующих элементов, таких как вольфрам, молибден, хром, задерживает рост зерна аусгени-та при нагреве выше критических точек (Ас^ - 839 °С; Ас3 = 788 °С), что позволяет проводить закалку с повышенных температур. При росте температуры закалки аустенит обогащается легирующими элементами за счет растворения интерметаллидных фаз и карбидных частиц, вследствие чего достигается максимальная прочность при изгибе для карбидо-сталей. С другой стороны,при повышении температуры закалки выше 950 °С твердость карбидостали падает вследствие протекания собирательной рекристаллизации и роста содержания остаточного аустенита. Вследствие вышеизложенного для каждого состава карбидостали должна выбираться своя температура закалки (табл. 45).