Влияние легирующих элементов на устойчивость переохлажденного аустенита

Как известно, устойчивость переохлажденного аустенита к распаду характеризуется диаграммами изотермического превращения аустенита. Изменение содержания углерода н легирование аустенита влияют на кинетику перлитного и промежуточного превращений и температуру мартенситного превращения.

На рис. 2.3 приведены такие диаграммы для углеродис­тых сталей с разным содержанием углерода. Устойчивость аустенита характеризуется С–образными кривыми начала и конца превращений. В доэвтектоидных и заэвтектоидных сталях перлитному превращению предшествуют линии вы­деления избыточных фаз (феррита и цементита соответст­венно).

Некарбидообразующие элементы (Ni, Аl, Si, Сu), прин­ципиально не меняя вид С–кривой, смещают ее по темпе­ратуре превращения и повышают устойчивость аустенита, т.е. увеличивают инкубационный период распада, сдвигая линии по диаграмме вправо. Исключение составляет ко­бальт, который уменьшает время до начала распада.

Карбидообразующие элементы (Сr, Мо, W, V) сущест­венно изменяют вид диаграммы и кинетику превращения, обусловливая четкое разделение перлитного и бейнитного превращения с появлением области повышенной устойчи­вости аустенита между ними.

а – доэвтектоидная сталь (0,45 % С); б – эвтектоидная сталь (0,8 % С); в – заэвтектоидная сталь (1,2 % С)

Рисунок 2.3 – Диаграммы изотермического распада аустенита в углеродистых сталях

Разделение перлитного и промежуточного превраще­ний на диаграмме распада вообще свойственно легирован­ным сталям при наличии в их составе нескольких легирую­щих элементов независимо от их карбидообразующей спо­собности, хотя при наличии карбидообразователей эта особенность ярче проявляется.

Легирующие элементы по–разному влияют на перлитное, промежуточное и мартенситное превращения.

В перлитной области все легирующие элементы (Mn, Ni, Mo, W и др.), за по­дключением кобальта, если они переведены в аустенит при нагреве, увеличивают устойчивость переохлажденного аустенита. Особенно эффективно увеличивают инкубаци­онный период молибден и марганец, несколько слабее влияет хром и никель. Уменьшает его кобальт. В доэвтектоидных сталях легирующие элементы могут по–разному влиять на выделение избыточного феррита и образование ферритокарбидной смеси. Так, кремний и алюминий ускоряют процесс образования избыточного феррита, но замедляют рас­пад на ферритокарбидную смесь, а марганец и никель замедляют оба процесса.

Уве­личение содержания углерода существенно уменьшает скорость образования избы­точного феррита в доэвтектоидных сталях и повышает скорость образования избы­точного карбида в заэвтектоидных сталях, а скорость образования ферритокарбидной смеси максимальна при его концентрации, близ­кой к эвтектоидной. В промежуточной обла­сти наиболее эффективно увеличивают устойчивость аустенита углерод и азот. Легирующие элементы Мn, Сr, Ni, Мо, W и другие расширяют инкубационный пе­риод начала промежуточно­го превращения, но суще­ственно в меньшей степени, чем они влияют на перлит­ное превращение. Как известно, промежуточное, превра­щение в отличие от перлитного не завершается полным распадом аустенита, часть аустенита остается нераспав­шейся. Легирование увеличивает количество остаточного аустенита при бейнитном распаде.

После легирования промежуточное превращение смещается в область более низких температур, в результате чего в высоколегированных сталях оно может совпадать с мартенситным превращением.

Также легирование может влиять на устойчивость переохлажденного аустенита косвенно, в результате изменения размера зерна, размера и количества нерастворенной карбидной фазы, состава и дисперсности неметаллических включений и других факторов. Все они могут заметно влиять на распад аустенита в перлитной области, но практически не влияют на промежуточное превра­щение и температурный интервал мартенситного превращения. Так, перлитное превращение ускоряется за счет нерастворившихся в аустените карбидов, некоторых дисперсных неметаллических включений, уменьшения размера зерна.

Легирующие элементы оказывают также сильное влия­ние на температуру начала мартенситного превращения М_н (рис. 2.4). Наиболее сильно понижает М_н марганец, несколько сла­бее действуют хром, ванадий, ни­кель, молибден. Медь и кремний в количествах, применяемых в стали, мало влияют на положение мартенситной точки. Кобальт и алюминий повышают мартенситную точку. Уг­лерод и азот сильно снижают тем­пературу мартенситного превраще­ния.

Рисунок 2.4 – Влияние содержа­ния легирующих элементов на температуру начала мар­тенситного превращения М_Н стали с 0,9 % С

Влияние легирующих элементов до пределов их содер­жания в большинстве низколегированных и легированных сталей на температуру начала мартенситного превращения М_н может быть просуммировано.