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.

Фіг.20. Насичуваність аустеніту атомами легуючого елемента в залежності від температури і змісту вуглецю в сталі

Підвищення температури розчинності карбідів в аустеніті зі збільшення змісту вуглецю обумовлено підвищенням термодинамічної активності вуглецю.

3.3. Ріст зерна аустеніту при нагріванні

З підвищенням температури і збільшенням витримки стали в аустенітній області відбувається ріст зерна аустеніту (збірна рекристалізація).

Рушійна сила цього процесу - прагнення системи зменшити свою внутрішню енергію шляхом зменшення сумарної довжини границь зерен.

Карбідо- і нітридоутворюючі елементи (Сг, Мо, W, V, Nb), Ті, Zr) гальмують ріст зерна аустеніту при нагріванні, причому тем сильніше, чим більш стійке з'єднання утворить елемент. Алюміній, утворюючи стійкий нітрид, теж ефективно гальмує міграцію границь зерен.

Механізм їхнього впливу заснований на бар'єрній дії нерозчинених в аустеніті часток на рух границі. Розчинення і коагуляція часток усуває або зменшує бар'єрний ефект.

Залежність розміру зерна від розміру і кількості часток визначається формулою Зінера-Сміта:

де г - радіус частки;

f - об'ємна частка часток.

Таким чином, чим дрібніше частка і більше об'ємна їхня частка, тим дрібніше зерно при даній температурі.

Однієї з цілей легування сталей є збереження дрібнозернистої структури при нагріванні до високих температур, при яких аустеніт активно насичується легуючими елементами.

Важливо!

Вуглець, азот і алюміній, що знаходяться у твердому розчині, сприяють росту зерна аустеніту. Аналогічно впливають бор, марганець і кремній.