Задание 2

Вычертите строго в масштабе диаграмму изотермического распада аустенита [3] стали Р9 (рисунок 3.3). Нанесите на диаграмму кривые, характеризующие скорость непрерывного охлаждения стали от температуры выше точки Ас₃ (для доэвтектоидных сталей) или выше A_cm (для заэвтектоидных сталей) на 40°С соответственно V₁=0,007 град/с и V₂=0,9 град/с. Опишите происходящие превращения и микроструктуру, приведите схему конечной структуры и твердость стали. Определите числовые значения критической скорости закалки.

Решение. Сталь Р9 – инструментальная, быстрорежущая, ледебуритного класса, качественная, теплостойкая, высокоуглеродистая, высоколегированная. Химический состав: ≈ 0,9% С, 9% W, ≈ 4% Cr, : ≈ 2,5% V, до 1% Мо, S≤0,035%, Р≤0,035%.

Нагрев стали производим до t_н = Ас₁+40=810+40=850⁰С. Точка Аст не указана. Для построения кривых, характеризующих скорости непрерывного охлаждения V₁ и V₂, будем задаваться произвольными промежутками времени от начала охлаждения τ₁ и определять соответствующие им температуры по формуле:

t = t_н - V∙τ.

Рисунок 3.3 – Диаграмма изотермического распада аустенита стали Р9 и кривые охлаждения V1 и V2

Для скорости V₁ = 0,007⁰С/с:

τ = 1000 с, t = 850 – 0,007·1000 = 843⁰С

τ = 4000 с, t = 822⁰С

τ = 8000 с, t = 794⁰С

τ = 10000 с, t = 780⁰С

τ = 20000 с, t = 710⁰С

Для скорости V₂ = 0,9⁰С/с:

τ = 10 с, t = 850 – 0,9·10 = 841⁰С

τ = 50 с, t = 805⁰С

τ = 100 с, t = 760⁰С

τ = 300 с, t = 580⁰С

τ = 500 с, t = 400⁰С

τ = 800 с, t = 130⁰С

Полученные значения τ и t нанесем на диаграмму изотермического распада аустенита в виде точек. Соединив плавной линией соответствующие точки, получим кривые охлаждения V₁ и V₂.

Определим критическую скорость закалки:

,

где t^* и τ^* температура и время минимальной устойчивости переохлажденного аустенита заданной стали.

Критическая скорость небольшая, т.к. легирующие элементы (особенно Cr) повышают устойчивость переохлажденного аустенита, тем самым повышая прокаливаемость стали.

При t_Н = 850⁰С сталь имеет структуру аустенит + труднорастворимые частицы карбидов (VC, WC, Mo₂C). Эти карбиды не растворяются в аустените даже при очень высоких температурах.

При охлаждении стали со скоростью V₁ = 0,007⁰С/с в точке а (t ≈ 835⁰С) из аустенита начинают выделяться карбиды К. Выделение карбидов заканчивается в точке в₁ (t = 800⁰С), и при этой же t начинается превращение аустенита в грубодисперсную ферритно-карбидную смесь – перлит. Это превращение завершается в точке с₁ (t ≈ 740⁰С). В данном случае распад аустенита происходил в верхнем температурном интервале, где диффузия углерода, железа и легирующих элементов достаточно высокая, т.е. все превращения носили диффузионный характер. Конечная структура (рисунок 3.4): перлит + карбиды, твердость ≈ 30…33 HRC.

Рисунок 3.4 – Схема конечной структуры при охлаждении

со скоростью V₁

При охлаждении стали со скоростью V₂ = 0,9⁰С/с в точке а₂ (t ≈ 370⁰С) начинается превращение аустенита (А) в бейнит (Б). Это превращение протекает в среднем температурном интервале, где диффузия железа и легирующих элементов практически невозможна, а диффузия углерода еще достаточно высока. Так как кривая охлаждения не пересекает линию конца бейнитного превращения, то не весь А превратится в Б. Часть А переохлаждается до точки в₂ (t = М_н =220⁰С). Ниже этой температуры диффузия углерода уже невозможна. Здесь происходит мартенситное превращение, которое носит бездиффузионный характер и осуществляется путем сдвига.

Структура: бейнит + мартенсит +А_ост+ частицы тугоплавких карбидов К (рисунок 3.5).

Рисунок 3.5 – Схема конечной структуры при охлаждении

со скоростью V₂

Присутствие в структуре А_ост объясняется тем, что мартенситное превращение не идет до конца, т.к. легирующие элементы снижают точку конца мартенситного превращения в область отрицательных температур. А_ост наблюдается в структуре в виде светлых полей между иглами мартенсита.