Обеднения углеродом

При выделении цементита аустенит обедняется углеродом в соответствии с линией ES, показывающей предельное насыщение аустенита углеродом.

При понижении температуры эвтектический аустенит обедняется углеродом вследствие выделения избыточного цементита и при температуре 727 °С распадается с образованием перлита. После охлаждения заэв-тектические чугуны состоят из первичного цементита, имеющего форму пластин, и ледебурита (перлит + цементит) (рис. 78, б). С повышением содержания углерода количество цементита возрастает.

В результате роста частиц этого карбида прилегающий к нему объем аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное у —>а-превращение, которое как всякая перестройка решетки в решетку идет сдвиговым путем. При этом кристаллики феррита зарождаются на межфазных границах с цементитом, где этот процесс облегчен.

На второй стадии превращения (при 150—350 "С) из мартенсит;! выделяются карбиды и, следовательно, он обедняется углеродом

Легирующие элементы, присутствующие в стали, оказывают влияние на структуру цементуемого слоя, механизм его образования и скорость диффузии. В случае цементации сталей, легированных карбидообразующими элементами, при температуре диффузии возможно образование двухфазного слоя из аустенита и карбидов глобулярной формы. При этом аустенит обедняется углеродом и карбидообразующими элементами (Cr, Mn, Ti) и на поверхности после закалки образуются немартенситные структуры, способствующие снижению твердости и особенно предела выносливости. Суммарная концентрация углерода на поверхности цементированного слоя сталей, легированных карбидообразующими элементами, может достигать 1,5—2,0 % и более. Карбидообразующие элементы (Сг, Мп, Mo, W и др.) увеличивают энергию активации Q, уменьшают коэффициент диффузии углерода в аустените. Никель и кобальт повышают коэффициент диффузии углерода в аустените. Однако на толщину слоя, легирующие элементы в том количестве, в котором они присутствуют в цементуемых сталях, практически не влияют.

Для придания стали высоких механических свойств после закалки с 1000—1100 "С на аустенит ее деформируют при 450—-600 "С. В процессе деформации аустенит претерпевает наклеп и обедняется углеродом, за счет выделения карбидов (дисперсионное упрочнение). При этом и создается такое положение мартенситпых точек, когда Л1„ — ниже комнатной, а Мд — выше. После такой обработки, благодаря наклепу и деформационному старению трип стали наряду с высокой прочностью (стн = 1800—2000 МПа, <т,м =• 1400-4-1700 МПа) обладают хорошей пластичностью (б -— КЮ--М50 %)

аустенита обедняется углеродом, снижает свою устойчивость и испытывает полиморфное у-»а превращение. Кристаллы феррита зарождаются на границах с цементитом. Дальнейший рост ферритных пластин ведет к обогащению окружающего аустенита углеродом и торможению у - а превращения. Начинается зарождение и рост пластинок цементита. Чередование процессов повторяется до полного образования пластинчатого строения.

Отпуск проводят при температуре 550...570 °С. В процессе выдержки при отпуске из М и Аосг выделяются дисперсные карбиды М«С, МС. Аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами, становится менее устойчивым и при охлаждении ниже Мн испытывает мартенситное превращение Применяют двух-, трехкратный отпуск с выдержкой по 1ч и охлаждением на воздухе. При этом Аосг снижается до 3...5%. Обработка холодам сокращает цикл термической обработки. Структура - мартенсит отпуска и карбиды ; твердость составляет HRC 65.

И. Н. Богачев считает, что вследствие образования карбида ти< -ана жидкая фаза обедняется углеродом и при достаточном коли-1естве титана и соответствующих условиях охлаждения вызывает )тбеливание чугуна. При содержании в белом чугуне до 0,13% Ti зн связан преимущественно в нитридах, и только при пониженном удержании азота в чугуне образуются карбиды.

выдержки при указанной темп-ре происходит интенсивное выделение хромсодержа-щпх карбидов, аустенит при этом обедняется углеродом и легирующими элементами, мартенситная точка повышается, и при охлаждении до комнатной темп-ры структура стали . становится мартенситной. Окончат, операцией является отпуск либо старение, в последнем случае происходит дальнейшее упрочнение стали. После обработки по данному методу Н. с. п. к. приобретает меньшую прочность и меньшую вязкость, а также имеет меньшую коррозионную стойкость. Третий метод упрочнения состоит из нагартовки предварительно закаленной на аустенит стали путем про-

Отпуск быстрорежущих сталей состоит в нагреве до температур, при котсрых остаточный аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами, для чего

В доэвтектоидных сталях превращение аустенита начинается с образования феррита и обогащения углеродом оставшегося -у-Раств°Ра> заэвтектоидных — с выделения цементита и обеднения углеродом аустенита. В условиях равновесия распад аустенита на феррит и цементит (т. е. перлитное превращение) наступает тогда, когда содержание углерода в аустените, оставшемся после выделения избыточных феррита или цементита, будет соответствовать точке 5 (0,8 %).

Изменение твердости при отпуске является следствием изменений в строении, происходящих при отпуске. Нагрев до 100°С сопровождается слабым повышением твердости (на HRC 1—2) вследствие превращения тетрагонального мартенсита в отпущенный (это слабое повышение твердости наблюдается лишь в высокоуглеродистых сталях). С дальнейшим повышением температуры отпуска твердость падает, вследствие укрупнения карбидных частиц и обеднения углеродом «-твердого раствора. Прямолинейная зависимость падения твердости от температуры нарушается в районе 200—250°С, т. е. при превращении остаточного аустенита. При этих температурах падение твердости замедляется, а в высокоуглеродистых сталях наблюдается даже некоторое повышение вследствие превращения остаточного аустенита в более твердый отпущенный мартенсит. Общая тенденция состоит все же в том, что твердость с

* Вероятно e-карбид превращается в цементит Fe3C через промежуточное состояние — дефектный цементит, который отличается от Fe3C по составу (в сторону обеднения углеродом), имеющему несколько иные периоды решетки и содержащему большое количество дефектов структуры.

Неразрушающий контроль слоев, упрочненных химико-гермической обработкой, требует еще больших усилий, чем контроль качества термообработки. Нужно учитывать глубину слоя, характер распределения диффузионного элемента, наличие различных включений, их дисперсность и распределение по глубине, количество аустенита, величину и характер распределения сжимающих напряжений. В тонких поверхностных слоях высоколегированных сталей встречаются зоны с обедненным мартенситом, тростомартенситом, грубоигольчатым мартенситом и остаточным аустенитом. Эти зоны уменьшают сопротивляемость сталей рабочим нагрузкам. Отмечались случаи уменьшения на 15—20% пределов циклической прочности из-за наличия грубоигольчатого мартенсита и перегретых структур у стали 20Х2НЧА. При наличии обеднения углеродом или остаточного аустенита на поверхности детали возможны растягиваю-

В сердцевине ковкого чугуна "перлита не должно;быть. Но на его поверхности может наблюдаться корка перлита при почти полном отсутствии графита. Это объясняется обезуглероживанием поверхности при отжиге. Вследствие обеднения углеродом твердого раствора на поверхности, а следовательно, уменьшений центров графитизации, чугун на поверхности детали плохо поддается отжигу, сохраняя перлит.

образуются за счет обеднения углеродом его ближайших участков. Мартенсит вследствие этого становится низкоуглеродистым, неоднородным и приобретает меньшую степень тетрогональности.

В доэвтектоидных сталях превращение аустенита начинается с образования феррита и обогащения углеродом оставшегося 7'Раств°Ра> заэвтектоидных — с выделения цементита и обеднения углеродом аустенита. В условиях равновесия распад аустенита на феррит и цементит (т. е. перлитное превращение) наступает тогда, когда содержание углерода в аустените, оставшемся после выделения избыточных феррита или цементита, будет соответствовать точке 5 (0,8%!).

Изменение твердости при отпуске является следствием изменений в строении, происходящих при отпуске. Нагрев до 100°С сопровождается слабым повышением твердости (на HRC 1—2) вследствие превращения тетрагонального мартенсита в отпущенный (это слабое повышение твердости наблюдается лишь в высокоуглеродистых сталях). С дальнейшим повышением температуры отпуска твердость падает, вследствие укрупнения карбидных частиц и обеднения углеродом «-твердого раствора. Прямолинейная зависимость падения твердости от температуры нарушается в районе 200—250°С, т. е. при превращении остаточного аустенита. При этих температурах падение твердости замедляется, а в высокоуглеродистых сталях наблюдается даже некоторое повышение вследствие превращения остаточного аустенита в более твердый отпущенный мартенсит. Общая тенденция состоит все же в том, что твердость с

По достижении необходимой степени обеднения углеродом в обедненных объемах начинается Y -» а-превращение по сдвиговому механизму. Однако это превращение протекает со значительно меньшей скоростью, чем собственно мартенситное, что обусловлено необходимостью диффузионного отвода углерода (для создания обедненных объемов). Следовательно, скорость у -* ОС-превращения определяется скоростью диффузионного отвода атомов углерода. Поскольку феррит, образующийся по сдвиговому механизму, является, как отмечено выше, «-твердым раствором, пересыщенным углеродом, а температура превращения достаточно высока, сразу же после у -> а-превращения начинается выделение карбидной фазы из а-раствора, т. е. отпуск.

* Вероятно е-карбид превращается в цементит Fe3C через промежуточное состояние— дефектный цементит, который отличается от Fe3C по составу (в сторону обеднения углеродом), имеющему несколько иные периоды решетки и содержащему большое количество дефектов структуры,