Перлитное превращение

Легирующие элементы оказывают влияние на все 3 элементарных процесса образования перлита: диффузию углерода, превращение углерода и образование карбидной фазы. В легированных сталях имеется еще один элементарный процесс – перераспределение легирующих элементов между фазами.

Все легирующие элементы уменьшают скорость γ→α превращения. Это происходит, прежде всего, за счет увеличения силы связи между атомами легирующего элемента и железа, что и затрудняет образование зародыша новой фазы и его рост. Легирующие элементы влияют также на диффузионную подвижность C и Fe. Взаимодействие этих процессов в определенной степени обуславливает стабильность переохлажденного аустенита.

Карбидообразующие элементы снижают активность как Fe, так и C, замедляя не только γ→α превращение, но и образование карбидов. Не карбидообразующие элементы (Si, Al, Cu, Ni) повышают термодинамическую активность С, но снижают активность Fe. Причем влияние на железо значительно сильнее. В результате замедляются оба процесса: γ→α превращение и образование карбидов.

Карбидообразование в легированных сталях в определенной степени зависит от переохлаждения. При малых степенях переохлаждения в сталях, легированных карбидообразующими элементами скорее будут выделятся специальные карбиды. При больших степенях переохлаждения вероятнее выпадение карбидов цементитного типа. При высоких степенях переохлаждения переохлажденный аустенит устойчив, так как велика работа зарождения ферритного и цементитного зародышей, а также низка диффузионная подвижность металлических атомов. При малых степенях переохлаждения тип карбидной фазы зависит от карбидообразующей способности легирующего элемента. Сильные карбидообразователи (V, Nb, Zr,Ti) образуют единый карбид MeC – устойчивый карбид. Эти карбиды могут выделяться как из переохлажденного аустенита, так и из феррита. Карбиды, выделяющиеся из феррита, достаточно крупные и расположены обычно вдоль границ бывшего аустенитного зерна. Карбиды, выделяющиеся в избыточном феррите, обычно мелкие и располагаются в объеме зерна либо имеют нитевидную форму. Карбиды в ферритных пластинах эвтектоида чрезвычайно дисперсны. Все карбиды MeC образуются напрямую из феррита или аустенита. Элементы VI группы (W, Mo, Cr) образуют несколько карбидов, которые всегда содержат некоторую долю Fe (WC, MoC, Mo₂C, Me₆C). Карбиды Cr, единственные из всех карбидов, имеют два механизма образования. Во-первых, они могут напрямую образовываться из твердого раствора, во-вторых, растворяя хром в ранее выделившемся карбиде они могут перестраивать решетку под себя. Это возможно в тех случаях, если карбиды имеют широкие перекрывающиеся области гомогенности.

(Fe, Cr)₃C – до 20% Cr

(Fe, Cr)₇C₃ – до 50% Cr

(Fe, Cr)₇C₃ → (Cr, Fe)₂₃C₆

Из-за того что легирующие элементы сдвигают точки S и E влево – в сторону с меньшим содержанием C, в легированных сталях можно получить большую по объему долю перлитной составляющей, а также получить стали, в структуре которых наблюдается карбидная эвтектика.