Образование специальных карбидов и их коагуляция

При отпуске мартенсита так же, как и при перлитном пре­вращении, возможны два механизма образования специ­альных карбидов: через промежуточный карбид–легиро­ванный цементит (механизм на месте); путем непосредст­венного зарождения в твердом растворе.

Механизм зарождения специального карбида из легиро­ванного цементита состоит в перестройке его решетки в ре­шетку специального карбида после насыщения цементита легирующим элементом до предела растворимости в нем. Этот механизм предусматривает достаточно высокую растворимость легирующего элемента в цементите, необходи­мую для образования соответствующего специального карбида. Из всех карбидообразующих элементов только хром имеет высокую растворимость в цементите (до 20 %). Мо­либден и вольфрам растворяются в нем в пределах деся­тых долей процента, а элементы IV и V групп (V, Nb, Тi, Zr и др.) практически не растворяются в цементите.

Имеющиеся литературные данные показывают, что по механизму «на месте» при отпуске закаленной стали может образовываться карбид хрома типа (Fе,Сr)₇С₃. В высокохромистых сталях при отпуске по механизму «на месте» возможен также переход (Fе,Сr)₇С₃ ® (Fе,Сr)₂₃С₆.

С повышением температуры отпуска зародившиеся кар­биды начинают коагулировать. Для каждой карбидной фа­зы существует свой температурно–временной интервал ко­агуляции. Склонность карбидных фаз к коагуляции умень­шается по мере удаления их от цементита в ряду стойкости карбидов. Так, если в углеродистой стали коагуляция це­ментита начинается при температурах отпуска 350–400°С, то в сталях, легированных карбидообразующими элементами, коагуляция начинается при отпуске 450–600°С.

Распад остаточного аустенита после закалки наряду с мартенситом в стали практически всегда имеется то или иное количество остаточного аустенита. В закаленных конструкционных сталях количество аустенита бывает до 3–5 %, в быстрорежущих сталях оно составляет 20–40 %, а в высокохромистых полутеплостойких инструментальных сталях количество остаточного аустенита после закалки может доходить до 60–80 %.

При распаде остаточного аустенита на бейнит легирующие элементы (Mn, Cr, Ni, W, Si) повышают температуру отпуска, при которой протекает это превращение. Если в углеродистой стали остаточный аустенит распадается на бейнит при температурах отпуска 200–300°С, то в легированных сталях в зависимости от состава и содержания легирующих элементов для этих целей необходим отпуск при температурах 400–600°С. Кинетика распада остаточного аустенита существенного отличается от кинетики изотермического распада аустенита. Это обусловлено тем, что остаточный аустенит расположен в виде тонких прослоек между кристаллами мартенсита и, следовательно, находится в напряженном состоянии, превращение его в бейнит происходит практически без инкубационного периода. Возникающий бейнит по свойствам и структуре близок к продуктам распада мартенсита при данной температуре.

Превращение остаточного аустенита в мартенсит при охлаждении после отпуска может протекать в высоколегированных сталях, для которых характерна диаграмма изотермического распада аустенита.

Иногда (например, в случае быстрорежущей стали) для полного превращения остаточного аустенита в мартенсит требуется 2–4–х кратный отпуск. После такого отпуска твердость стали может быть даже более высокой, чем она была после закалки вследствие появления неотпущенного мартенсита. Поэтому такое явление иногда называют вторичной закалкой или вторичной твердостью.