Производство деталей из металлических порошков 6 страница

D = А е ,

где D - коэффициент диффузии

Q - энергия активации;

R - газовая постоянная;

T - абсолютная температура.

Зависимость толщины диффузионного слоя от длительности процесса носит параболический характер и определяется формулой:

δ = ,

где δ- толщина слоя

t - время.

Наиболее распространенными видами ХТО являются цементация, азотирование, цианирование (нитроцементация), борирование и диффузионная металлизация (насыщение при высоких температурах поверхности детали металлами).

2.4.3.2 Цементация стали

Цементацией называют процесс химико-термической обработки, который заключается в диффузионном насыщении поверхностного слоя стали углеродом. Основная цель цементации – получение твердого и прочного поверхностного слоя при наличии вязкой сердцевины.

Оптимальным по количеству углерода в цементированном слое яв-ляется содержание, которое равняется 0,8...1,1%. При концентрации свыше 1,1% С в поверхностном слое образуется грубая цементитная сетка по границам зерен, что негативно влияет на его прочность.

Для цементации используют низкоуглеродистые стали с содержанием углерода до 0,25%. Процесс проводят при температурах выше точки АС3, поскольку только в аустените, образующемся при этих температурах, углерод растворяется в необходимом количестве. Обычно температура цементации составляет 910...930оС, более высокие температуры хотя и способствуют сокращению длительности процесса, но вызывают повышенный рост зерна.

Концентрация углерода в цементированном слое уменьшается от поверхности, и после медленного охлаждения различают три зоны в его строении:

- заэвтектоидную, которая состоит из перлита и вторичного цемен-тита;

- эвтектоидную, структура которой содержит только перлит;

- доэвтектоидную, состоящую из перлита и феррита, соотношение между которыми постепенно уменьшается к исходному.

Насыщающая среда называется карбюризатором. Различают цементацию в твердом и газовом карбюризаторах.

Твердым карбюризатором является древесный уголь с примесями BaCO3, Na2CO3 или K2CO3 (10...20%), которые играют роль активаторов. При цементации детали загружают в металлический ящик и герметизируют. Между кусочками угля есть воздух, кислород которого соединяется с углеродом и образует окись углерода из-за недостаточного количества кислорода. Окись углерода при температуре процесса 900...950оС неустойчива и при контакте с железной поверхностью разлагается по реакции: 2СО Þ СО2 + Сат. с образованием атомарного углерода, который поглощается поверхностью. Активаторы разлагаются по реакции: Ва-СО3 Þ ВаО + СО2, что ведет к увеличению газа СО2, который взаимодействует с углем карбюризатора по реакции: СО2 + Скар6 Þ 2СО, что, в конечном счете, увеличивает количество атомарного углерода. Скорость роста цементованного слоя составляет до 0,1 мм/час при температуре 920...9300С.

Вместе с простотой и стабильностью у этого вида цементации есть недостатки:

- большая длительность, которая обусловлена нагреванием металлического ящика с карбюризатором и определяется из расчета 7...9 минут на 1 см его минимального размера;

- отсутствие возможности закалки непосредственно с температуры цементации (поскольку после насыщения ящики необходимо охладить и разобрать) определяет необходимость дополнительного нагрева для проведения закалки.

Процесс газовой цементации является более производительным, поскольку скорость образования слоя составляет 0,15... 0,18 мм/час. Наиболее распространенной на машиностроительных заводах является цементация в шахтных печах. Детали размещают в герметическом контейнере (реторте), в который подают газ для цементации. В качестве газовых карбюризаторов используют пропан, бутан и метан в виде природного газа (92...96% СН4).

Наиболее распространена цементация в природном газе. Атомарный углерод образуется при диссоциации метана: СН4 Þ 2Н2 + Сат..

Непосредственно после цементации твердость поверхностного слоя имеет низкие значения (не выше 300 НВ). Для достижения высокой твердости поверхностного слоя необходимой операцией после цементации является закалка с последующим низким отпуском при 150-200оС для снятия внутренних напряжений. После такой обработки твердость поверхности составляет 58…62 HRC, а сердцевины - 25…35 HRC.

В процессе закалки измельчается зерно, которое растет в результате длительных выдержек при высоких температурах цементации, а также устраняется карбидная сетка в цементированном слое.

В зависимости от назначения деталей используют следующие варианты термической обработки после цементации.

Для деталей, от которых требуется только поверхностная твердость, а другие механические свойства не имеют большого значения, используют закалку непосредственно с цементационного нагрева. Для снижения напряжений при закалке с цементационного нагрева предварительно проводят подстуживание на воздухе до 840…860оС, а затем охлаждают в закалочной среде. Такая обработка не исправляет структуры цементированного слоя и сердцевины, поэтому её применяют только в тех случаях, когда детали изготовлены из наследственно мелкозернистых сталей.

При повышенных требованиях к структуре и свойствам детали после цементации охлаждают на воздухе, а затем подвергают закалке от температуры АС3 + 30...50оС и отпуску при 150…2000С. В результате охлаждения на воздухе зерно становится мелким в поверхностном слое и сердцевине, а нагрев выше АС3 ведет к полному растворению сетки цементита в поверхностном слое.

Для удовлетворения особенно высоких требований к механическим свойствам цементуемых деталей используют двойную закалку с последующим низким отпуском. Первая закалка после цементации осуществляется при температуре АС3 + 30...50оС с целью измельчения структуры сердцевины и устранения цементитной сетки на поверхности, если она была образована при цементировании. Вторая закалка осуществляется от температуры АС1 + 20...40оС для формирования свойств поверхностного слоя. Полученный после такой закалки мелкогольчатый мартенсит с вкраплениями избыточного цементита обеспечивает высокую износостойкость.

Детали на цементацию поступают после механической обработки с припуском на шлифование. Если требуется цементировать отдельные участки детали, то на остальную поверхность наносят электролитическим способом тонкий слой меди.

2.4.3.3 Азотирование стали

Азотированием называют процесс насыщения стали азотом. Основной целью азотирования является повышение поверхностной твердости и износостойкости, усталостной прочности и коррозийной стойкости.

Азотирование, в отличие от цементации, осуществляют на деталях после термической обработки (чаще всего, закалки с высокотемператур-ным отпуском) без допуска на последующую механическую обработку. Это объясняется тем, что азотированный слой имеет высокую твердость и не нуждается в последующей термической обработке, а размеры детали практически не изменяются.

Глубина азотирования зависит от температуры и длительности вы-держки. Глубина диффузионного слоя подчиняется общей параболической зависимости. При температурах азотирования (500...600оС) коэффициент диффузии очень мал и скорость роста азотированного слоя составляет приблизительно 0,01 мм в час. При азотировании получают слои толщиной 0,3...0,6 мм

Существует два вида азотирования: газовое – в атмосфере аммиака с нагревом в печи и ионное – в плазме тлеющего разряда.

Газовое азотирование проводят в железных герметических камерах, в которых аммиак диссоциирует по реакции: NH3 Þ 3H + Nатом. Атомарный азот диффундирует в металл и образование фаз происходит в соответствии с метастабильной диаграммой Fe – N (рис. 17).

Рисунок 17 – Диаграмма состояния «железо - азот»

В метастабильной диаграмме Fe - N возможно образование следующих фаз:

- a-фазы (азотистого феррита, представляющего собой твердый раствор азота в Fea, растворимость азота в котором при 591оС равна 0,1 %, а при комнатной температуре – 0,01%);

- g-фазы (азотистого аустенита, существующего как равновесная фаза выше эвтектоидной температуры 5910С с максимальной растворимостью азота, равной 2,8 %);

- g¢-фазы (нитрида Fe4N c ГЦК решеткой);

- e - фазы (нитрида Fe3N с ГЦК решеткой).

Твердость a-, g- и ε-фаз и продуктов их распада не превышает 300 HV, а твердость g¢- фазы равняется 450..500 НV.

ε-фаза имеет повышенную коррозийную стойкость на воздухе и в воде.

В случае азотирования при температурах ниже эвтектоидной (500..550оС) азотированный слой согласно диаграмме состоит из ε + g + a. Наиболее твердым является нижний a-слой, благодаря дисперсным нитридам, которые выделяются из феррита при понижении температуры в результате уменьшения растворимости. g – слой очень тонкий и чаще всего не наблюдается, а ε-слой – малопрочный и хрупкий.

При азотировании выше эвтектоидной температуры (600...650оС) дополнительно может образовываться g-фаза. При медленном охлажде-нии g-фаза распадается на эвтектоид (так называемый браунит ), а при быстром – превращается в мартенсит с твердостью до 700 НV.

Легирующие элементы изменяют растворимость азота в a-фазе, могут растворяться в a- и g¢- фазах, а также образуют самостоятельные нитриды. Наличие легирующих элементов не изменяет кинетику образования азотированного слоя. Нитриды легирующих элементов образуются как при температуре азотирования, так и при охлаждении от температуры азотирования в результате уменьшения растворимости азота в основных фазах.

Со многими легирующими элементами азот образует нитриды (CrN, Сr2N, ТiN, AlN и другие). Высокая твердость слоя после азотирования объясняется большой дисперсностью нитридов и их термической стойкостью против коагуляции при нагревании.

При азотировании обычной стали без легирующих элементов невозможно получить высокую твердость из-за коагуляции нитридов в процессе азотирования. Более высокая твердость достигается при азотировании специально легированных сталей, которые содержат активные нитридообразующие элементы: Cr, Mo, Al, V, Ti. Такие стали называют нитраллоями. Наиболее распространенным нитраллоем является сталь 38Х2НМЮА, комплексное легирование которой позволяет получить твердость азотированного слоя до 1200 HV.

Наиболее высокие значения твердости и износостойкости азотиро-ванного слоя достигают после азотирования нитраллоев при 500-520°С. При повышении температуры азотирования твердость слоя снижается (рис. 18 ).

Рисунок 18 - Влияние температуры азотирования на твердость нитраллоев(1), легированных среднеуглеродистых конструкционных сталей(2(, углеродистых сталей (3)

По сравнению с цементированным азотированный слой имеет большую износостойкость, но более тонкий азотированный слой выдерживает меньшие контактные нагрузки.

Азотирование обычных хромоникелевых конструкционных сталей применятся для повышения усталостной прочности, что обеспечивается наличием сжимающих напряжений на поверхности, которые возникают в результате увеличения объема поверхностного слоя при образовании фаз.

Повышение коррозийной стойкости достигается азотированием при 600…7000С в течение 0,5…1 часа. При этом на поверхности образуется сплошной слой ε-фазы с высокими антикоррозионными свойствами.

Ионное азотирование применяют для активации процессов, при этом общее время процесса сокращается в 2-3 раза и повышается качество слоя. Насыщение проводят в стальном контейнере, который является анодом, при напряжении до 1000 В и давлении 10...30 Па в газовой среде, содержащей азот. Обрабатываемые детали служат катодом. Под воздействием электрического поля между контейнером и деталями рабочий газ, который содержит азот, ионизируется и положительные ионы бомбардируют поверхность детали с высокой кинетической энергией. Поверхность при этом нагревается до 450...500оС, происходит поглощение и последующая диффузия азота в глубину детали.

Ионное азотирование эффективно только в случае получения азотированного слоя малой толщины (до 0.3 мм). При азотировании на большую толщину преимущество ионного азотирования по сравнению с газовым теряется.

После ионного азотирования поверхностный слой получается менее хрупким по сравнению с газовым, что обусловлено практически полным отсутствием хрупкой ε-фазы.

2.4.3.4 Цианирование стали

Под цианированием стали понимают процесс одновременного насыщения стали углеродом и азотом. Азот способствует диффузии углерода и это дает возможность снизить температуру насыщения до 850...870оС, а также длительность процесса до 4...10 часов.

Цианирование возможно проводить в твердых, жидкостных и газообразных средах, и, соответственно, различают твердое, жидкостное и газовое цианирование (последнее называют нитроцементацией).

Твердое цианирование выполняют в карбюризаторе, который содержит цианистые соли. Например, 30-40% К4Fe (СN)6 (желтая кровяная соль), 10%Nа2СО3 (сода), остальное – древесный уголь). Из-за малой производительности этот способ применяется очень редко.

Жидкостное цианирование проводят в расплавах цианистых солей NаСN, КСN, которые при распаде образуют атомарный углерод и азот, для насыщения стали.

Газовое цианирование проводят в смеси газов (аммиак, природный газ), которые диссоциируют с образованием активных атомов углерода и азота. Повышение температуры цианирования увеличивает содержание углерода в слое и уменьшает содержание азота.

Низкотемпературное цианирование проводят при 500…600оС, высокотемпературное цианирование проводят при 800…950оС с последующей закалкой и низким отпуском,

После низкотемпературного цианирования образуется карбонитридный слой толщиной 10…15 мкм, который имеет высокое сопротивление износу и менее хрупкий, по сравнению с цементованным и азотированным слоями. Под этим слоем лежит слой азотистого феррита (в легированных сталях твердость 600…1000 НV) глубиной 0,2…0,5 мм. Низкотемпературное цианирование используют для быстрорежущих, легированных и углеродистых сталей (последнее получило название «тенифер-процесс» и включает насыщение при 570оС на протяжении 0,5…3 часов в смеси солей 40% KCN + 60% NaCH пропусканием сухого воздуха).

Высокотемпературное цианирование используют для средне- и низкоуглеродистых и легированных сталей и осуществляют в расплавах, содержащих до 50% NaCN, до 50% NaCl, до 20% Na2СО3. При температуре процесса 820…850оС получают слои 0,15…0,35 мм за 30…90 мин. Для получения слоев толщиной 0,5…2,0 мм применяют цианирование при температуре 900…950оС продолжительностью 1,5…6 чаовс. В первом случае осуществляют закалку сразу же, а во втором – детали охлаждают на воздухе, а затем осуществляют нагрев под закалку, при котором происходит перекристаллизация и измельчение зерна аустенита, которое вырастает из-за высокой температуры процесса цианирования.

Нитроцементацию осуществляют при температуре 840…860оС в газовой смеси из науглероживающего газа и аммиака, иногда применяют жидкий карбюризатор – триэтаноламин (С2Н5О)3N, который в виде капель вводят в рабочее пространство шахтной печи. Продолжительность процесса зависит от глубины насыщаемого слоя и составляет 1…10 часов. Толщина слоя колеблется от 0,1 до 1,0 мм. После нитроцементации изделия подвергают закалке и низкотемпературному отпуску при температуре 160…180оС.

По сравнению с цементированным, цианированный слой имеет более высокое сопротивление износу, большую твердость, лучшее сопротивление коррозии, более высокий предел выносливости в результате образования на поверхности остаточных напряжений сжатия.

Иногда детали нагревают в ваннах для цианирования без выдержки с целью получения товарного вида.

2.4.3.5 Диффузионная металлизация

Диффузионная металлизация – процесс диффузионного насыщения поверхностных слоев стали разнообразными металлами.

При насыщении Al, Cr, Si, и др. этот процесс называется, соответ-ственно, алитированием, хромированием, силицированием и др. Комбинированные процессы, которые заключаются в одновременном насыщении хромом, алюминием, бором и т. д., называют хромоалитированием, бороалитированием и т. д.

Диффузия металлов в железе идет значительно медленнее, чем углерода и азота, потому что углерод и азот образуют с железом твердые растворы внедрения, а металлы – твердые растворы замещения. Поэтому при диффузионной металлизации слои получаются в десятки раз более тонкими.

Алитирование, т. е. диффузионное насыщение поверхности металлов и сплавов алюминием, осуществляется с целью повышения жаростойкости, коррозийной и эрозийной стойкости. В настоящее время алитированию подвергают углеродистые и легированные стали, чугуны, жаростойкие и жаропрочные стали и сплавы, тугоплавкие металлы и сплавы на их основе, титан, медь и другие материалы. Наиболее распространено алитирование в порошковых смесях.

Смеси содержат: порошок алюминия или алюминиевосодержащие сплавы в качестве источников алюминия; порошок хлористого аммония или другого вещества в качестве активатора процесса; порошок окиси алюминия или каолина (в качестве инертных добавок, которые предотвращают спекание частиц алюминия и ферросплавов).

Один из составов насыщающей смеси: 49% Al, 49% Al2O3, 2% NHCl.

Детали, предварительно очищенные от следов окалины и других за-грязнений, загружают в контейнеры, нагревают до температур 850...1000оС и выдерживают в течение 3…12 часов для получения слоя толщиной от 0,3 до 0,6 мм. По окончании выдержки контейнеры с деталями охлаждают вместе с печью или на воздухе.

Поверхностная концентрация алюминия в зависимости от режима насыщения составляет 40…50%. При этом жаростойкость стали 10 при температуре 800оС повышается в 15-20 раз, при 900оС – в 7-10 раз, при 950оС – в 5 раз. Твердость алитированного слоя плавно изменяется от поверхности к сердцевине – от Н50 = 7350 до Н50 = 1900 МПа.

Алитированные слои хорошо противостоят:

- коррозии в 50%-м водном растворе азотной кислоты, в парах соленой воды, однако неустойчивы в 50%-х водных растворах серной и соляной кислот;

- окислению при 900оС даже после деформации в горячем состоянии;

- окислению и разрушению при многократном и кратковременном нагревании в восстановительной среде с промежуточным охлаждением на воздухе;

- износу при работе стали без смазочных материалов.

Хромирование проводят с целью повышения коррозионной стойкости, кислостойкости, окалиностойкости. При хромировании средне- и высокоуглеродистых сталей повышается их твердость и изностойкость.

Хромирование чаще всего производят в порошкообразных смесях, содержащих металлический хром или феррохром, окись алюминия и хлористый аммоний. Процесс осуществляется при температуре 1000…1050оС в течение 6…15 часов с получением слоя толщиной 0,015…0,020 мм. При увеличении содержания углерода толщина слоя уменьшается.

При хромировании сталей образуется слой, состоящий из карбидов хрома (Fe,Cr)7C3, (Fe,Cr)23C6. Карбидный слой обладает высокой твердо-стью до 13 000МПа. Под слоем карбидов находится переходной слой с содержанием углерода до 0,8%.

Хромирование используют для деталей паросилового оборудования, пароводяной арматуры, клапанов, вентилей и т. п.

Борирование, т. е. насыщение поверхности стали бором осуществляется для повышения поверхностной твердости, износостойкости (главным образом абразивной) и теплостойкости. Глубина борированного слоя не превышает 0,15 мм, его поверхностная твердость доходит до 18 000 МПа. Борирование можно осуществлять в порошковых смесях, газовых и жидкостных средах.

Перед борированием детали очищают от следов окалины, ржавчины, масла и других загрязнений. Механическую обработку изделий, подлежащих борированию, необходимо проводить с учетом увеличения их размеров в процессе насыщения.

Борирование в порошковых смесях осуществляют в герметических контейнерах в смеси порошка карбида бора (В4C) с добавлением 0,5…1% NH4Cl при температуре 950…1000°С в течение 3…6 часов с последующим охлаждением с печью. Борированный слой состоит из 2 зон: зоны боридов – химических соединений железа с бором (FеB, Fе2В) и переходной зоны – твердого раствора бора в железе. Борированный слой имеет характерное игольчатое строение. Легирующие элементы в сталях не образуют собственных боридов, а легируют бориды железа и уменьшают толщину переходной зоны.

Газовое борирование осуществляют путем разложения (при температуре процесса) газообразных соединений бора.

Оптимальными считаются температуры борирования при 800…9500С в течение 3…6 часов. По окончании процесса насыщения закалку целесообразно проводить непосредственно с температуры борирования.

Электролизное борирование проводят в расплаве буры при температуре 880…980оС в течение 2…5 часов. По окончании выдержки детали из ванной выгружают и подвергают непосредственно закалке или охлаждению на воздухе. От остатков расплава детали очищают кипячением в воде.

Борирование из обмазок применяют при необходимости упрочнения крупногабаритных изделий или для местного борирования отдельных участков деталей. Применяют двухслойные обмазки: первый слой – активная обмазка (80% В4Cl + 20% Na3AlFe), второй слой – защитная обмазка с использованием графита. После просушки 1-ой и 2-ой прослойки обмазок проводят режим борирования при 800…10500С в течение 2…4 часов, потом проводят закалку или охлаждение на воздухе или с печью.

3 ЛЕГИРОВАННЫЕ СТАЛИ

3.1 Общие положения

Появление и широкое распространение легированных сталей обу-словлено ростом требований, которые выдвигаются к материалам при развитии техники. Легирование проводят с целью изменения механических, физических, химических и технологических свойств металлов. Для этого в сталь вводят элементы, которые называют легирующими.

Основными легирующими элементами являются Сг, Nі, Мо, Al, V, W, Те, Zr. Кремний и марганец также считаются легирующими элемента-ми, если их содержание в стали превышает 0,4% (для Sі) и 0,8% (для Mn). В количестве до 0,1% вводят Nb, Ti, а содержание бора при легировании не превышает 0,003%. Легирование, когда концентрация элемента составляет меньше 0,1%, называют микролегированием. Если общее количество легирующих элементов не превышает 2,5%, то такие стали относят к низколегированным. Среднелегированные стали содержат до 10%, а высоколегированные – более 10% легирующих элементов.

Легирующие элементы преимущественно растворяются в основных фазах железоуглеродистых сплавов (феррите, аустените, цементите) или при увеличении их содержания могут принимать участие в образовании специальных карбидов. Твердый раствор углерода и легирующих элементов в a-железе определяется как легированный феррит, а в g-железе – как легированный аустенит. Легированный цементит это твердый раствор углерода и легирующих элементов в цементите.

В большинстве конструкционных сталей феррит является основной структурной составляющей, которая занимает не менее 90% объема металла. Поэтому от свойств феррита в значительной степени зависят свойства стали в целом. Растворение легирующих элементов в феррите проходит в результате замещения атомов железа атомами этих элементов. При этом происходит увеличение или уменьшение параметра кристаллической решетки a-железа. Элементы с меньшим атомным радиусом, чем у железа, уменьшают параметр решетки, а с более большим – повышают.

Изменение параметров решетки ведет к повышению прочности и уменьшению пластичности a-железа. Чем большей является разница в атомных размерах железа и легирующего элемента, тем более значительными будут искажения кристаллической решетки и, соответственно, твердость, прочность, но ниже пластичность и особенно вязкость феррита. Все основные легирующие элементы повышают твердость феррита. Наиболее упрочняют феррит Si, Mn, Ni. При общем наличии этих элементов более 4% твердость феррита увеличивается до 160…220 HB.

Молибден и вольфрам, а также марганец и кремний (при содержании последних более 1%) снижают вязкость феррита. Хром уменьшает вязкость слабее перечисленных элементов, а никель в количестве до 3% повышает вязкость феррита, а при большем количестве – незначительно её уменьшает.

Порог хладноломкости снижает только никель, другие элементы его повышают, что влечет за собой повышение склонности к хрупкому разрушению.

Таким образом, наиболее ценным является влияние никеля. Упрочняя феррит, он не снижает его вязкости и одновременно понижает порог хладноломкости.

По взаимодействию с углеродом легирующие элементы распределяются на карбидообразующие, графитизирующие и нейтральные элементы.

Карбиды могут образовывать элементы, имеющие менее достроен-ную d-электронную орбиталь в сравнении с железом. Чем более она недостроенная и, таким образом, меньше электронов на d-орбитали, тем более выражена склонность легирующего элемента к карбидообразованию и выше стойкость карбидной фазы. Чем более стойкий карбид, тем труднее он растворяется в аустените и выделяется при отпуске. По сродству к углероду и стойкости карбидных фаз карбидообразующие элементы распределяются в следующий ряд: Fe - Mn - Cr - Mo - W - Nb -Zr - Ti.

Природа карбидной фазы легирующих элементов зависит от соот-ношения Rc/Rm, где Rс – атомный радиус углерода, а Rm – атомный радиус легирующего элемента. В соответствии с этим карбиды легирующих элементов возможно распределить на две группы.

К первой группы относятся карбиды железа, марганца, хрома, для которых Rс/Rm > 0.59. Они являются типичными химическими соединениями и существуют при следующих стехиометрических соотношениях металла 0(Ме) и углерода (С): Мe3C, Mе6C, Ме7C3, Ме27C6. Эти карбиды являются недостаточно стойкими и при нагревании в процессе термической обработки распадаются с образованием твердого раствора легирующих элементов в аустените.

Карбиды второй группы, для которых Rc/Rm <0.59, представляют собой фазы внедрения и имеют простой тип решетки. Такие карбиды образуют карбидообразующие элементы (Mo, W, V, Nb, Ti). Фазы внедрения отличаются высокой твердостью и тугоплавкостью. Например, твердость карбида вольфрама достигает 18 000 МПА, карбида титана - 30 000 МПА, а температуры плавления, соответственно, 3500оС и 3200оС. Для растворения таких карбидов, как WC, NbC, TiC, сталь необходимо нагревать до 1300оС. Это означает, что даже при высокотемпературном нагреве они не могут перейти в твердый раствор. В этом их отличие от карбидов первой группы, которые при нагреве легко растворяются в аустените.

Легирующие элементы, растворенные в железе, влияют на температурный интервал полиморфных превращений. Если с помощью двойных диаграмм провести анализ влияния легирующих элементов на область существования a- и g-железа, то по этому признаку все легирующие элементы разделяются на две группы.

К первой группы относят аустенитообразующие элементы, которые повышают критическую точку А4 и снижают А3, расширяя таким образом g-область. Вторую группу составляют ферритообразующие элементы, которые снижают критическую точку А4 и повышают А3. При этом происходит выклинивание g-области (рис. 19).

К элементам, которые расширяют область существования аустенита, относятся Ni, Mn, Co, Cu, Pt, Ru, Os. Начиная с некоторых концентраций этих легирующих элементов, стали при комнатной температуре имеют состояние g - твердого раствора. Такие стали называют аустенитными.

К элементам, которые расширяют область существования феррита, относятся Cr, Mo, Si, Al, V, W, Ti. При легировании в большом количестве ферритообразующими элементами стали будут иметь ферритную структуру и называться ферритными.

t,oC t,oC

Содержание легирующего элемента, %

Рисунок 19 – Влияние легирующих элементов на температуры

полиморфных превращений в стали

Легирующие элементы, которые только растворяются в феррите или цементите, не образуя специальных карбидов, влияют на кинетику распада аустенита только количественно. Кобальт ускоряет превращение, другие элементы (Mn, Ni, Cu) замедляют его.

Карбидообразующие элементы вносят не только количественные, но и качественные изменения в кинетику аустенитного превращения. Их влияние на скорость распада аустенита зависит от температуры:

- при 700...5000С – замедляют превращение;

- при 500... 4000С – значительно замедляют превращение;

- при 400…300 0С – ускоряют превращение.

Таким образом, в сталях с карбидообразующими элементами (Cr, Mo, W и др.) наблюдаются два максимума скорости изотермического распада аустенита, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита (рис. 20).

Легирующие элементы влияют на мартенситное превращение. Аl и Co повышают температуру его начала, Mn и Si не влияют, а большинство элементов снижает её, увеличивая при этом количество остаточного аустенита.

Рисунок 20 – Влияние легирующих элементов на кинетику распада

переохлажденного аустенита

Легирующие элементы влияют на рост зерна аустенита. Все элементы, за исключением марганца и бора, уменьшают склонность аустенитного зерна к росту. Карбидообразующие элементы в результате барьерного действия карбидов сильно уменьшают рост зерна. Некарбидообразующие элементы относительно слабо влияют на рост зерна.