Главная Процесс термической обработки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 [ 101 ] 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 штобы обеспечить рост выделившихся частиц карбида за счет диффузии углерода из участков мартенсита, еще не охваченных распадом и имеющих исходную высокую концентрацию углерода. В результате такого распада мартенсит становится неоднородным С различным содержанием углерода в разных участках. В тех участках, где выделился карбид, концентрация углерода и, следовательно, степень тетрагональности меньше, чем в участках, не затронутых распадом. Два твердых раствора с разной концентрацией углерода сосуществуют длительное время из-за низкой скорости диффузии, и поэтому распад называется двухфазным . Двухфазный распад мартенсита развивается не вследствие роста карбидных частиц из окружающих их участков обедненного углеродом раствора, а в результате выделения новых частиц карбида в участках мартенсита с исходной концентрацией углерода. Так как выделившиеся при низких температурах карбидные частицы чрезвычайно мелки, то они находятся в метастабильной коллоидном равновесии с окружающим их раствором, содержащим избыток углерода [см. формулу (30)]. Для дальнейшего обеднения углеродом участков раствора, окружающих карбид, необходимо укрупнение карбидных частиц. Вторая стадия распада мартенсита - обеднение углеродом а-раствора при одновременном росте карбидных частиц (150- 300° С). Скорость диффузии углерода при температурах выше 150° С достаточна, чтобы обеспечить рост карбидных частиц при переносе атомов через а-раствор. Поэтому выше 150° С одновременно с двухфазным распадом происходит обычный диффузионный рост карбидных частиц. Но все же до 300° С кристаллы карбида растут медленно и остаются черзвычайно мелкими. Кинетика такого распада характеризуется тем, что а-раствор быстро обедняется углеродом в сравнительно короткий промежуток времени, зависящий от температуры, а затем обеднение раствора углеродом быстро затухает. При 300° С в а-растворе остается около 0,1% С. Выше этой температуры обычный рентгеноструктурный анализ не обнаруживает разницы между решетками а-раствора и а-железа. Ниже 300° С степень тетрагональности \с1а > 1) еще измерима. При 400° С или при несколько более высокой температуре а-раствор полностью освобождается от избытка углерода и переход мартенсита в феррит заканчивается. Возврат и рекристаллизация в а-фазе происходят в широком интервале температур отпуска. Развитие этих процессов сдерживается частицами карбидных выделений; закрепляющих отдельные дислокации, дислокационные стенки и высокоугловые границы. Закрепление слабее выражено в малоуглеродистых сталях, где соответствующие процессы изучены подробнее. Нижнюю температурную границу возврата при отпуске трудно указать. Изменения дислокационной структуры а-фазы, отчет- ЛИБО различимые при электронкомикроскопическом анализе, начинаются с температур около 400° С. Протяженность малоугловых границ в реечном мартенсите при температурах отпуска выше 400° С в доли секунды резко падает. Одним из механизмов этого может быть рассыпание дислокационных стенок, о котором упоминалось при рассмотрении коалесценции субзерен во время отжига холоднодеформированного металла (см. § 5). В первые моменты отпуска карбидные выделения еще малочисленны и поэтому не являются эффективными стопорами для малоугловых границ и отдельных дислокаций. Затем выделение большого числа карбидных частиц стабилизирует структуру матрицы. Вытянутость реек а-фазы в малоуглеродистых сталях сохраняется до высоких температур отпуска. На отдельных стадиях высокотемпературного отпуска полиго-низационная перестройка дислокационной структуры приводит к образованию малоугловых границ. Формирование центров рекристаллизации а-фазы и развитие их в рекристаллизованные зерна, подобно тому, как это происходит при первичной рекристаллизации холоднодеформированного металла, при отпуске сталей не наблюдались, несмотря на высокую плотность дислокаций в мартенсите. После достаточно длительного отпуска при высоких температурах (выше -600° С), когда в результате коагуляции цементитных частиц закрепление границ ослабевает, происходит рекристаллизацнонный рост зерен миграцией исходных высокоугловых границ. Микроструктура при этом теряет характерные морфологические признаки реечного мартенсита. В высокоуглеродистых сталях из-за сильного торможения миграции границ частицами цементита рекристаллизационный рост зерен а-фазы идет еще труднее и игольчатый характер структуры сохраняется до температур отпуска около 650° С. Из сказанного видно, что при отпуске закаленной углеродистой стали протекают разнообразные процессы, которые по времени и температурному интервалу своего развития накладываются один на другой. Все указанные выше температурные границы структурных изменений разного типа весьма условны. Они снижаются при увеличении продолжительности отпуска и смещаются вверх или вниз G изменением содержания углерода в стали. Традиционно принято выделять три температурных интервала и соответствующие им три превращения при отпуске углеродистых сталей. Это подразделение, основанием для которого в свое время послужил анализ объемных изменений при отпуске, весьма условно, но как первое приближение его можно принять. Первое превращение при отпуске относят к интервалу температур 100-200° С. При этих температурах закаленный образец укорачивается. Так как из всех структурных составляющих 310 стали наибольший удельный объем у мартенсита, то первое превращение связывают с его распадом. Второе тревращение при отпуске относят к интервалу температур 200-300° С. При выдержке в этом интервале длина закаленных образцов средне- и высокоуглеродистых сталей увеличивается и тем больше, чем выше содержание углерода в стали. Так как удельный объем аустенита наименьший и количество остаточного аустенита растет с увеличением содержания углерода в стали, то второе превращение связывают с его распадом. При этом, конечно, следует иметь в виду, что в температурном интервале второго превращения продолжается распад мартенсита. Третье .превращение при отпуске относят к интервалу температур 300-400° С. В этом температурном интервале длина образцов сокращается. Природа третьего превращения остается дискуссионной. Одно из объяснений - окончание выделения FejC из мартенсита. Структуру, получающуюся после отпуска стали при температурах ниже 300° С, называют отпущенным мартенситом. Под микроскопом он отличается от мартенсита закалки большей тра-вимостью из-за выделений карбидов. После отпуска при температурах 300-450° С обнаруживается особенно сильно травящаяся игольчатая структура, которую называют трооститом отпуска. В интервале температур 450-650° С получаетсл сорбит отпуска. Его двухфазное строение отчетливо выявляется при больших увеличениях светового микроскопа. Высокие температуры отпуска приводят к потере игольчатого вида сорбита, который приобретает явно точечное строение, 2. Влияние легирующих элементов Диффузионная подвижность атомов легирующих элементов, растворенных в а-железе по способу замещения, на много порядков ниже, чем диффузионная подвижность атомов углерода, который растворен в железе по способу внедрения. При температурах отпуска ниже примерно 450° С в матрице не происходит диффузионного перераспределения легирующих элементов: из а-раствора выделяются карбиды железа, в которых концентрация легирующих элементов такая же, как в мартенсите. Атомы легирующих элементов в решетке промежуточных карбидов н цементита, образующихся при температурах ниже -450° С, частично замещают атомы железа: (Fe, Сг)зС, (Fe, У)зС и т, д. Цементит выделяется в виде тонких пленок и грубых пластинок на высокоугловых границах, а также в виде ориентированных пластинок внутри а-матрицы. На первую стадию распада мартенсита, т. е. на двухфазный распад при температурах ниже 150° С, легирующие элементы не оказывают какого-либо существенного для практики влияния. Это согласуется с тем, что на первой стадии главный процесс - |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |