Вторичного цементита

В 1979 г. разрушения спецфланцев из стали типа Шапиз 50 происходили вследствие развития межкристаллитных коррозионных трещин от внутренней поверхности вдоль образующей корпуса. Микроструктура металла спецфланцев грубодендрит-ная с наличием вторичного аустенита и оторочки из коррози-онно нестойкой и хрупкой а-фазы по границам зерен, что свидетельствует о нарушении режимов термической обработки при изготовлении спецфланцев.

Рис. 2. Структура стали ОХ21Н5Т: а — после закалки с 1000° в воде; б — после закалки с 1200° в воде и 2-часового нагрева при 750° (видны пластинчатые выделения вторичного аустенита из феррита).

мента не всегда целесообразно: высокая прочность быстрорежущей стали по сравнению с твердым сплавом приводит к тому, что алмазные зерна легко .выкрашиваются из круга, нужны более твердые и, вместе с тем, более пористые связки. Наиболее подходит для этих целей инструмент из кубического нитрида бора. Вследствие меньшего нагрева при заточке кругами из кубического нитрида бора в поверхностном слое быстрорежущей стали образуется меньше вторичного аустенита, к тому же расход кубического нитрида бора меньше, чем алмаза.

чил многообразное применение в промышленности. Наиболее хорошо кубический нитрид бора зарекомендовал себя при обработке инструмента из быстрорежущих сталей. Удельный расход кубического нитрида бора при обработке указанных инструментов в 2—3 раза меньше, чем синтетического алмаза. Заточка и чистовое шлифование инструментов из быстрорежущей стали кубическим нитридом бора, вследствие отсутствия больших динамических нагрузок, не сопровождается значительным нагревом поверхностного слоя, содержание вторичного аустенита в нем в 2—3 раза меньше, чем при заточке корундовыми кругами. Стойкость инструмента в результате этого повышается на 30%. Большим преимуществом является то, что кругами из кубического нитрида бора хорошо шлифуются инструменты из быстрорежущих сталей, имеющих большую вязкость, шлифование которых другими абразивами затруднено. Повышению производительности шлифования способствуют не только высокие режущие свойства зерен кубического нитрида бора, но и малый износ кругов, которые почти не нуждаются в правке. При чистовом шлифовании метчиков (от М8х1,25 до М22х2,5) потребность в правке возникает только после обработки 3000—4000 деталей.

а-фазы и вторичного аустенита, а при 22,39% Сг произошел частичный распад феррита и структура стала трехфазной: a+V+tf. Из ферритной стали, содержащей 24,18% Сг, при 1000 °С выделились кристаллы у-фазы. Образовалась область с двухфазной структурой а+у. При дальнейшем понижении температуры (850—650 °С) феррит подвергся частичному распаду с выделением а-фазы (область а+у+а).

1150—1000 °С обладают двухфазной структурой a+V-твердыХ растворов. С понижением температуры происходит выделение карбидов хрома (область a+v+^C), при дальнейшем ее понижении феррит стали с 16,22% Сг претерпевает полный распад с образованием a-фазы и вторичного аустенита (область у-\~о-\-К). В структуре сталей с 18—22% Сг феррит распадается частично (четырехфазная область а-\-у+а-\-К).

По вопросу о механизме образования о фазы в литературе нет единого мнения Предполагается, что 8 феррит может распадаться при изотермической выдержке с образованием вторичного аустенита и а фазы (К Куо) По экспериментальным данным, при распаде феррита ведущей фазой является а фаза, рост частиц которой приводит к обеднению феррита хромом и 8—^-превращению (О А. Банных)

В зависимости от соотношения феррито- и аустенитообразу-ющих элементов в конкретной плавке (Сг, Mo, Si, Ti, Al/Ni, С, N, Мл) стали 08—12Х18Н10Т и 12Х18Н9Т могут иметь в структуре до 15—20 % 6-феррита, количество которого увеличивается (до 30—40 %) по мере повышения температуры нагрева до 1200— 1250 °С (рис. 1.029). Присутствие в стали б-феррита благоприятно сказывается на свариваемости, однако резко ухудшает горячую пластичность, особенно в жестких условиях деформации при наличии растягивающих напряжений. В процессе 4—8-ч выдержки при 700—$00 °С происходит распад fi-феррита с образованием вторичного аустенита и а-фазы (рис. 1.030).

/ — двухфазная область а + V- И — область выделения карбидов, структура а + + V т М13С« или TiC; /// — область образования вторичного аустенита f', структура ое + V + М2зСв (TiC); IV — область выделения c-фазы, структура a -f- v + M23Ce (TiC) + + а + V': V — область 475-градусной хрупкости

Рис. 1.046. Влияние режима отпуска на структуру аустенито-ферритных сталей 08Х22Н6Т и ОЗХ25Н5М.2; а — сталь 08Х22Н6Т; отпуск при 450 С, 25 ч; зерна и границы феррита и аустенита без выделений; угольные реплики, травление и отделение в 10 %-ном растворе НС1; t = 0,02 А/см1. Х3600; б — сталь 08Х22Н6Т, отпуск при 550 "С, 25 ч; мелкодисперсные карбиды на границе аустенит — феррит; реплики, травление и отделение—см. а. Х9600; в — сталь 08Х22Н6Т; отпуск при 600 °С, 1 ч; карбиды на границе аустенит—феррит; реплики; травление и отделение — см. а. Х6000; г—сталь 08Х22Н6Т; отпуск при 650 °С, 1 ч; укрупнение карбидов; травление и отделение — см. а; реплики. Х3600; д — сталь 08Х22Н6Т; исходная закалка с 1050 °С, отпуск при 650°С, 100 ч; выделение карбидов и образование вторичного аустенита (у') по реакции а (феррит) -* М28С, -(- V'- Электролитическое травление — см. рис. 1.043; тепловое окрашивание в воздушной среде при 500 "С, 5 мин; аустенит не окрашен, феррит и карбиды темные. X 1200; е — как д, исходная закалка с 1300 °С; ас — сталь ОЗХ25Н5М2; образование карбидов МЙЗС, эвтектоидного типа при замедленном охлаждении крупной поковки, травление — см. рис. 1.043. X 1000; a — сталь 08Х22Н6Т; отпуск при 700 °С, 5 ч; образование о-фазы на отдельных границах феррит—феррит и феррит—аустенит; травление и окрашивание — см. рис. 1.043. X 1000; и — сталь ОЗХ25Н5М2; отпуск при 850 °С, 5 ч; образование массивной а-фазы. XI000; аустенит не окрашен, феррит темный (коричневый), а-фаза светлая (голубая); травление электролитическое в реактиве Гросбека (4 г КМпО4 + 4 г Na.O, + ЮО мл Н,О), t => 0,02 А/см"

Установлено, что содержание пластифицирующей фазы вторично-го'аустенита в сталях 03Х1Ш10Ы2Т-ВД и 03Х12Н10ШР-ВД по данным мессбауэровских измерений при комнатной температуре и высокотемпературной рентгенографии существенно зависит от температуры как в процессе старения, так и после охлаждения. Причем охлаждение снижает количество вторичного аустенита, образующегося при старении.

цементит называется третичным цементитом (в отличие от первичного цементита, выделяющегося из жидкости, и вторичного цементита, выделяющегося из аустенита).

количество углерода в растворе (2,14%). При более низких температурах такое количество углерода не может содержаться в растворе, и при охлаждении от 1147°С углерод выделяется из аустенита в виде вторичного цементита. Концентрация углерода в аустените изменяется в соответствии с положением линии ES. Наконец, на линии PSK аустенит, независимо от того, в какой структурной форме он существует (т. е. является ли он избыточным аустенитом или аустенитом эвтектики), претерпевает перлитное превращение.

Наконец, в доэвтектических чугунах первичные выделения аустенита изменяют свою концентрацию при охлаждении от точки 3 до точки 4 (сплав К,\) от 2,14 до 0,8% С, и в точке 4 происходит перлитное превращение. Структура такого доэвтек-тического чугуна состоит из перлита, ледебурита и вторичного цементита. Структура доэвтсктического чугуна показана на рис. 147,в.

Следовательно, критическая точка превращения аустенита в перлит обозначается Аг\, а перлита в аустенит Ас\; начало выделения феррита из аустенита обозначается Лг3; конец растворения феррита в аустените Лс3. Начало выделения вторичного цементита из аустенита обозначается также Лг3, а конец растворения вторичного цементита в аустените — Лс3 (эту точку часто обозначают Лст).

Цементацию рекомендуется проводить так, чтобы содержание углерода в наружном слое не превышала 1,1 —1,2%. Более высокое содержание углерода приводит к образованию значительных количеств вторичного цементита, сообщающего слою повышенную хрупкость.

Нормальная структура заэвтектоидной зоны — пластинчатый перлит, окаймленный тонкой сеткой вторичного цементита (рис. 263,а). Однако иногда встречается и так называемая анормальная структура, в которой избыточный цементит находится в виде массивных включений (рис. 263,6) и зачастую окружен свободным ферритом. Эти грубые включения цементита при нагреве с трудом переходят в твердый раствор, который в этих местах не насыщен углеродом. Мягкие пятна, получающиеся после закалки на поверхности цементированных деталей, образуются часто у сталей, склонных к образованию анормальной структуры.

На диаграмме состояния железо—цементит (рис. 1.7) линия ACD — линия ликвидуса, выше нее сплав находится в жидком состоянии; линия AECF — линия солидуса, ниже нее сплав находится в твердом состоянии. При температурах, соответствующих линии AECF заканчивается первичная кристаллизация. В точке С при концентрации углерода 4,3 % образуется эвтектика, которая носит название ледебурит. Линия PS/C — эвтектоидная линия, на которой заканчивается процесс вторичной кристаллизации. Линия PS— линия нижних критических точек А1, Линия GSE — начало процесса вторичной кристаллизации твердого раствора. Линия GS — линия верхних критических точек Ая; она показывает температуру выделения феррита из аустенита. Линия SE — линия верхних критических точек Ат\ она показывает температуру начала выделения вторичного цементита и является линией предельной растворимости углерода в аустените. Сплавы, содержащие до 2,14 % С, условно называют сталями, более 2,14 % С — чугунами. Сталь, содержащая 0,8 % С, называется эвтектоидной сталью; сталь, содержащая менее 0,8 % С — доэвтектоидной. Сталь, содержащая более 0,8 96 С — заэвтектоидной.

Отжиг — фазовая перекристаллизация, нагрев доэвтектоид-ной стали выше точки А3, заэвтектоидной выше точки Ат с последующим охлаждением вместе с печью. При полном отжиге структура сплава состоит из феррита и перлита (доэптектоидные стали) или из перлита и вторичного цементита (заэвтеклоидные стали). Отжиг снимает внутреннее напряжение, понижает твердость и повышает пластичность, устраняет химическую неоднородность. Неполный отжиг — нагрев выше точки Alt но ниже А3; происходит неполная фазовая перекристаллизация,

Линия предельной растворимости углерода в аустепите SE при охлаждении соответствует температурам начала выделения из аустенита вторичного цементита, а при нагреве — концу растворения вторичного цементита в аустените. Принято критические точки, соответствующие линии SE, обозначать Аст. Линия QP — при охлаждении отвечает температурам окончания превращения аустенита в феррит, а при нагреве — началу превращения феррита в аустенит.

При снижении температуры до /1, (727 ' (",) аустепнт, содержащий 0,8 % С (точка 5), превращается в перлит. После охлаждения заэвтектоидпые стали состоят из перлита н вторичного цементита, который выделяется в виде сетки по границам бывшего .черна аусте-

твердость в отожженном состоянии возрастает, а временное сопротивление уменьшается. Последнее объясняется выделением по границам бывшего зерна аустенита вторичного цементита, образующего в сталях указанного состава сплошную сетку (см. рис. 77, в]. При испытании на растяжение в этой сетке возникают высокие напряжения, и цементит, будучи хрупким, разрушается. Это приводит к преждевременному разрушению образца и, соответственно, к снижению временного сопротивления (см. рис. 80, а).