3.1.2. Початкова упорядкована структура
Початкова упорядкована структура з великим зерном часто спостерігається в практиці термічної обробки, наприклад у наступних випадках:
- підкал (утворення мартенситу, бейниту або мартенситу+бейниту) при охолодженні легованого прокату, кувань, виливків або зварених швів;
- повторне гартування перегрітої легованої сталі (виправлення браку).
У цьому випадку за певних умов нагрівання перекристалізація при а→у перетворенні може подавлятися. При нагріванні вище Асз відбувається утворення зерен аустеніту тієї ж форми, розмірів і орієнтації, що і вихідне зерно.
Це явище називається структурною спадковістю.
У залежності від легування і швидкості нагрівання стали можна згрупувати по схильності до структурної спадковості:
Ступінь легування |
Швидкість нагрівання |
||
висока |
помірна |
низька |
|
Високолеговані |
+ |
+ |
+ |
Леговані |
+ |
- |
+ |
Низьколеговані й вуглецеві |
- |
- |
- |
Чим вище легування, тим частіше з'являється ефект структурної спадковості. Легування впливає на швидкість нагрівання, при якій спостерігається відновлення вихідного великого зерна і не відбувається утворення дрібнозернистого аустеніту.
Схема абнормального механізму показана на фіг. 19.
Фіг. 19. Схема абнормального механізму аустенітизації
1. При швидкому (>100 С/с) нагріванні загартованої і відпущеної сталі реалізується механізм утворення аустеніту, подібний зі зворотним мартенситним перетворенням, і відбувається відновлення зерна вихідної структури.
2. При меншій швидкості нагрівання (~ 100°С/хв) одержують розвиток процеси відпустки. Має місце нормальний, контрольований дифузією механізм утворення аустеніту, що супроводжується здрібнюванням зерна.
3. При дуже повільному нагріванні (1-2 С/хв) знову спостерігається явище структурної спадковості.
Створений при упорядкованому а→у перетворенні аустеніт фазово наклепай, З підвищенням температури нагрівання вище Тр відбувається його рекристалізація і здрібнювання зерна.
Легування впливає в такий спосіб: спеціальні карбіди Сг, Мо, W, V і Ті виділяються при нагріванні мартенситу по границях зерен (мартенситних кристалів) і затримують рекристалізацію до температур їхнього розчинення.
Структурна спадковість виявляється в конструкційних сталях типу ЗОХГСА, 20Х2Н4А и подібних. Особливо часто вона спостерігається при нагріві попередньо перегрітих сталей, легованих сильними карбідоутворюючими елементами.
У високолегованих сталях (швидкорізальних, мартенситостаріючих нержавіючих, мартенситних) структурна спадковість виявляється дуже часто при повторних нагрівах з будь-якою швидкістю. Наприклад, швидкорізальні сталі при повторному гартуванні схильні до відновлення вихідного зерна і сильному окрихчиванню (нафталінистий злам).
3.2. Розчинення карбідів і нітридів в аустеніті
Розчинення карбідних і нитридньгх фаз в аустеніті при нагріванні дуже важливо для формування багатьох властивостей легованих сталей після термічної обробки. Зокрема, легированность аустеніту впливає на наступні властивості:
прогартованність;
здатність до гартування;
стійкість до знеміцнювання при нагріванні (теплостійкість);
дисперсійне зміцнення і т.д.
Розчинення фаз здійснюється шляхом переходу атомів з нестабільної при даній температурі фази в стабільну (аустеніт). Температура розчинення залежить не тільки від хімічної природи карбіду або нітриду, але і від складу сталі.
Наприклад, карбідоутворюючі і нітридоутворюючі елементи (Мn, Сг, Мо), що знаходяться в аустеніті, зменшують коефіцієнт термодинамічної активності вуглецю й азоту £с (див. попередні лекції) і сприяє переходові карбідів і нітридів в аустеніт. Легування некарбідоутворюючими елементами, навпаки, утрудняє розчинення карбідів і нітридів.
Вплив легуючих елементів на розчинність приблизно можна оцінити по наступній залежності:
Важливо!
Вплив на розчинність карбідів і нітридів роблять тільки елементи, розчинені в аустеніті, тобто підсилюють розчинність елементи, що створюють менш стабільні карбіди, чим даний.
Наприклад, розчинність УС підсилюють Мп і Сг, карбіди яких уже розчинилися, а Ті утворить більш стійкий карбід і на розчинність УС впливу не робить.
Залежність розчинності карбідів і нітридів від змісту вуглецю показана на фіг.20.
Підвищення температури розчинності карбідів в аустеніті зі збільшення змісту вуглецю обумовлено підвищенням термодинамічної активності вуглецю.
Фіг.20. Насичуваність аустеніту атомами легуючого елемента в залежності від температури і змісту вуглецю в сталі