2.4 Фазові та структурні перетворення при охолодження сталі шх9

1. Якщо сталь ШХ9 зі структурою аустеніта, яку отримано в результаті нагріву до температури Ас , переохолодити нижче Аr , то аустеніт виявляється в метастабільному стані і претерпеває перетворення.

Для опису кінетіки перетворення переохолодженого аустеніту використовують ізотермічну діаграму розпаду переохолодженого аустеніту (рисунок 2.12).

Діаграми ізотермічного розпаду аустеніту тільки приблизно характеризують перетворення, які протікають під час безперервного охолодження. Час мінімальної стійкості мінімальної стійкості аустеніту під час безперервного охолодження в 1,5 раза більше, ніж при ізотермічному розпаді [6] .

Рисунок 2.12 - Ізотермічна діаграма розпаду переохолодженого аустеніту сталі ШХ9

Розпад аустеніту відбувається тільки при температурі нижчої за критичну т. Ас , коли вільна енергія аустеніту вища за вільну енергію продуктів його перетворення. Тобто для розпаду аустеніт має бути переохолодженим. Від міри переохолодження залежить швидкість перетворення і будова продуктів розпаду аустеніту.

Перлітна область поширюється на інтервали температур від критично т. Ас до температури 550ºС. Розпад аустеніту – дифузійний процес, який розвивається в результаті неоднорідності розподілу вуглецю в аустеніті.

Перліт – продукт евтектоїдного розпаду аустеніту, який утворюється при температурі 650-700ºС.

Твердість сталі при цьому складає 284 HV. По мірі зменшення температури ізотермічної витримки від 700 до 550ºС твердість сталі збільшується від 284 до 379 HV. Це пов’язано із збільшенням дисперсності структури.

Характерною особлитвістю мартенситного перетворення є його бездифузійний характер. При більшому переохолодженні вуглець виділяється із аустеніту у вигляді часток цементиту. Решітка - Fe перебудовується в решітку - Fe. В результаті отримуємо пересичений твердий розчин вуглецю в - Fe (мартенсіт) [8]. Мартенситне перетворення в сталі ШХ9 починається в т.Мн = 245ºС.

Критична швидкість – мінімальна швидкість охолодження, яка забезпечує переохолодження аустеніту без розпаду до точки мартенситного перетворення.

V = = = 22,5 ºС/с.

1,5 – коефіцієнт, який враховує, що при безперервному охолодженні криві початку розпаду аустеніту зміщені вправо і вниз.

Аналіз процесів, які відбуваються при безперервному охолодженні переохолодженого аустеніту сталі ШХ9 проводять на термокінетичній діаграмі розпаду переохолодженого аустеніту (рисунок 2.14).

Рисунок 2.15 - Термокінетична діаграма розпаду переохолодженого аустеніту сталі ШХ14 [6]

Термокінетична діаграма – це діаграма розпаду переохолодженого аустеніту, на яку нанесено криві охолодження у різних середовищах. За допомогою термокінетичної діаграми можна простежити вплив швидкості охолодження на структуру та якість сталі.

Розглянемо перетворення, які відбуваються при швидкостях охолодження V – V₇. При повільному охолодженні зі швидкостями V – V₅, тобто при незначних переохолодженнях із переохолодженого аустеніту виділяється перліт. По закінченні перетворення сталь ШХ19 має структуру перліту. При збільшенні швидкості охолодження (V₅ – V₇) аустеніт знаходиться у стійкому стані до т. Мн = 245ºС. Нижче т.Мн аустеніт перетворюється у мартенсит, тобто проходить гартування сталі. Структура по завершенню охолодження зі швидкістю V₆ приведена на рисунку 2.15.

Рисунок 2.15 – Структура сталі ШХ9 після гартування при температурі 860ºС

Визначимо швидкість охолодження для кожної термокінетичної кривої рисунка 1.16.

На рисунку 2.16 наведено графік залежності твердості від швидкості охолодження.

Рисунок 2.16 - Графік залежності твердості від швидкості охолодження для сталі ШХ9

Із графіка видно, що чим вища швидкість охолодження, тим вища твердість отриманого продукту розпаду.

Структура сталі ШХ9 після гартування складається із мартенситу, залишкового аустеніту і карбідів. Твердість сталі буде складати 60-65HRC.

Мартенсит є частково впорядкованим пересиченим твердим розчином впровадження вуглецю в -залізі.

Мартенситне перетворення відбувається в тому випадку, якщо швидким охолодженням аустеніт переохолоджено до т.Мн = 245ºС, при якій дифузійні процеси стають неможливими. Чим нижче температура, тим більше утворюється мартенсіта. Кількість мартенсіта при цьому зростає в результаті утворення нових кристалів. При досягненні певної температури перетворення аустеніта в мартенсіт зупиняється. Положення точок Мн и Мк не залежить від швидкості охолодження і обумовлено хімічним складом аустеніта. Чим більше в аустеніті вуглецю, тим нижче температура точок Мн і Мк.

Мартенситне перетворення відбувається шляхом зсуву і супроводжується зміною складу твердого розчину.

Внаслідок викривлення кристалічної решітки мартенсіт володіє високою твердістю і низькою пластичністю. Твердість мартенсіту зростає із збільшенням в сталі змісту вуглецю.

Структура мартенсіту є пластинами у вигляді голок, орієнтованих щодо старої фази аустеніту паралельно або під певними кутами.

Мартенсіт в порівнянні з аустенітом має більший питомий об'єм.

Збільшення вмісту C, Cr, Мn призводить до зниження температури початку і кінця мартенситного перетворення і зміщенню всієї мартенситної кривої в область низьких температур. Вміст залишкового аустеніту після охолодження до кімнатної температури і більш низьких температур відповідно із зміною положень мартенситної кривої залежить від температури аустенітизації.

Тип мартенситу в сталі ШХ9 – пластинчатий. В цьому випадку кристали мартенситу складаються із більшої кількості мікродвійників. Структура сталі ШХ9 після гартування складається із мартенситу, залишкового аустеніту і карбідів.