Распад остаточного аустенита

Распад остаточного аустенита играет существенную роль в процессах отпуска высокоуглеродистых сталей, где он находится в значительном количестве (смотрите рисунок Влияние содержания углерода). Распад аустенита активно протекает в интервале температур примерно 200 — 300 °С.

Остаточный аустенит при отпуске превращается в нижний бейнит — смесь α-раствора и пластин цементита (или ε-карбида).

Главное внимание выше было уделено карбидообразованию при отпуске. Не менее важны изменения состояния матричной фазы, включающие уменьшение концентрации углерода в α-растворе и изменения субструктуры и микроструктуры α-фазы.

Уменьшение концентрации углерода в α-растворе идет во всем температурном интервале выделения из него карбидной фазы.

По изменению дифракционной картины на рентгенограмме Г. В. Курдюмов подразделил распад мартенсита на две стадии.

Первая стадия распада мартенсита — так называемый «двухфазный» распад (ниже 150 °С).

Подвижность атомов углерода при температурах ниже 150 °С еще слишком мала. Эта подвижность вполне достаточна, чтобы обеспечить образование карбидных пластин за счет углерода из ближайшего мартенситного окружения. Но она недостаточна, чтобы 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 метастабильном коллоидном равновесии с окружающим их раствором, содержащим избыток углерода (смотрите формулу). Для дальнейшего обеднения углеродом участков раствора, окружающих карбид, необходимо укрупнение карбидных частиц.

Вторая стадия распада мартенсита
— обеднение углеродом α-раствора при одновременном росте карбидных частиц (150 — 300 °С). Скорость диффузии углерода при температурах выше 150° достаточна, чтобы обеспечить рост карбидных частиц при переносе атомов через α-раствор.

Поэтому выше 1бО °С одновременно с «двухфазным» распадом происходит обычный диффузионный рост карбидных частиц. Но все же до 300 °С кристаллы карбида растут медленно и остаются чрезвычайно мелкими.

Кинетика такого распада характеризуется тем, что α-раствор быстро обедняется углеродом в сравнительно короткий промежуток времени, зависящий от температуры, а затем обеднение раствора углеродом быстро затухает. Каждой температуре отпуска соответствует определенная концентрация углерода в пересыщенном α-растворе. При 300 °С в α-растворе остается около 0,1% С.


Изменение содержания углерода

Изменение содержания углерода

Изменение содержания углерода в α-растворе при отпуске мартенсита
в стали с 0,56% С (Э. 3. Каминский, Т. И. Стеллецкая).


Выше этой температуры обычный рентгеноструктурный анализ не обнаруживает разницы между решетками α-раствора и α-железа. Ниже 300 °С степень тетрагональности (с/а> 1) еще измерима. При 400 °С или при несколько более высокой температуре α-раствор полностью освобождается от избытка углерода и переход мартенсита в феррит заканчивается.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Изменение свойств легированных сталей

Легирующие элементы, затрудняющие распад мартенсита и коагуляцию карбидов (смотрите Структурные изменения при отпуске сталей), смещают температурную границу начала интенсивного разупрочнения при отпуске с 200 — 300 до 450 — 550 °С. Повышение красностойкости закаленной стали, т. е. способности ее сопротивляться смягчению при нагревании, — одна из основных целей легирования в производстве инструмента. Для конструкционных легированных…

Отпускная хрупкость

Отпускная хрупкость присуща многим сталям. Сталь в состоянии отпускной хрупкости характеризуется низкой ударной вязкостью. На других механических свойствах при комнатной температуре состояние отпускной хрупкости практически не сказывается. На рисунке схематично показано влияние температуры отпуска на ударную вязкость легированной стали, в сильной степени склонной к отпускной хрупкости. Во многих легированных сталях наблюдаются два температурных интервала отпускной…

Изменение свойств мартенситно-стареющих сталей

Характер зависимости механических свойств мартенситно-стареющих сталей от температуры отпуска такой же, как у всех дисперсионно-твердеющих сплавов: рост прочностных свойств, достижение максимума упрочнения и затем разупрочнение. По аналогии со старением можно выделить стадии упрочняющего и разупрочняющего отпуска. Упрочнение вызвано образованием сегрегаций на дислокациях и, главное, частично когерентных выделений промежуточных фаз типа Ni3Ti и Ni3Mo. Разупрочнение связано,…

Влияние легирующих элементов

Диффузионная подвижность атомов легирующих элементов, растворенных в α-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 α-раствора выделяются карбиды железа, в которых концентрация легирующих элементов такая же, как…

Отпуск мартенситностареющих сталей

Мартенситностареющие стали — это безуглеродистые сплавы на базе системы Fe — Ni, легированные дополнительно кобальтом, молибденом, титаном и другими элементами. Типичный пример — сплав железа с 17 — 19% Ni, 7 — 9% Со, 4,5 — 5% Мо и 0,6 — 0,9% Ti (Н18К9М5Т). Сплавы этого типа после воздушной закалки на мартенсит подвергают отпуску при…