5. Вплив легуючих елементів на процеси відпустки загартованих сталей
У процесі відпустки в легованих сталях протікають наступні процеси:
розпад мартенситу;
утворення цементиту і спеціальних карбідів;
коагуляція карбідів;
розпад залишкового аустеніту;
процеси повернення і рекристалізації.
5.1. Розпад мартенситу
У легованих сталях початкові стадії розпаду мартенситу протікають аналогічно процесам в вуглецевих сталях. Вони включають взаємну дифузію атомів заліза і вуглецю з утворенням сегрегацій у зонах дефектів кристалічних ґрат і формування карбідів.
При підвищенні температури відпустки вплив легуючих елементів підсилюється. Сг, Мо, W, V і Nb сповільнюють розпад мартенситу і виділення з нього карбідів. Карбидоутворюючі елементи зрушують температуру повного розпаду мартенситу до температур 400-500°С. Для порівняння, в вуглецевій стали цей процес закінчується при 250-300 С. Уповільнення розпаду порозумівається збільшенням зв'язку атомів легуючих елементів з атомами вуглецю.
Некарбідоутворюючі елементи (Сu, Nі) практично не впливають на розпад мартенситу. Виключення - 8і, сильно затримуючий процес розпаду.
Вплив легуючих елементів на швидкість виділення вуглецю з мартенситу можна представити у виді схеми (фіг.29).
Фіг.29. Вплив легування на розпад мартенситу
На схемі крапка Тц - температура початку формування карбідів цементитного типу. Вона не залежить від легування стали. При підвищенні температури відпустки спостерігається гальмування процесу утворення цементиту в сталях, легованих карбідоутворюючими елементами (крива 1), у порівнянні з вуглецевими сталями (крива 3) і сталями, легованими некарбідоутворюючими елементами (крива 2). Причина -зниження термодинамічної активності атомів вуглецю в мартенситі (крапка Ті).
При нагріванні до крапки Тк у сталі 1 починається інтенсивне виділення спеціальних карбідів. Положення цієї крапки залежить від сили карбидоутворення легуючого елемента: чим вона вище, тим вище температура крапки Тк.
Якщо в сталі є два карбідоутворюючих легуючих злемента, то вид кривій 1 ускладнюється: з'являється пік Ткl що відповідає температурі карбидоутворення більш сильного карбідоутворюючого елемента.
Температури карбидоутворення для сталей, легованих:
хромом ~ 400-500°С;
ванадієм і молібденом ~ 500-550°С;
ніобієм і вольфрамом « 550-600°С.
5.2. Утворення і коагуляція спеціальних карбідів
Утворення карбідів при відпустці загартованих легованих сталей можливо по двох механізмах:
безпосереднє зародження карбідів у твердому розчині;
іn situ на проміжному карбіді типу (Fе,М)зС.
Механізм безпосереднього зародження спеціальних карбідів можна представити у виді наступної схеми:
МХСУ - спеціальний карбід.
Особливістю безпосереднього зародження спеціальних карбідів є часткове розчинення раніше утвореного цементиту при підвищенні температури відпустки. Твердий розчин при цьому насичується вуглецем і легуючими елементами і розпадається при 450-600°С з утворенням спеціальних карбідів.
По цьому механізму утворюються карбіди типу МС і М2С. Він характерний і для утворення спеціальних карбідів хрому типу (Fе,Сг)7Сз і (Fе,Сг)2зСб при змісті хрому в сталі більш 4%.
Механізм іп 8ІШ полягає в перебудові ґрат карбіду цементитного типу в ґрати спеціального карбіду за схемою:
де МзС - проміжний легований цементит.
Перебудова ґрат відбуваються при насиченні цементиту легуючими елементами до межі розчинності.
Через те, що потрібна досить висока розчинність легуючих елементів у ґратах карбіду, цей механізм характерний, в основному, для хромистих сталей (розчинність до 25%).
Схеми карбідоутворення іn situ:
(Fе,Сг)зС →(Fе,Сг)7С3 У високохромистих сталях можливий перехід:
(Fе,Сг)7С3 → (Fе,Сг)23С6.
Хром - єдиний легуючий елемент, що може утворювати карбіди і безпосередньо з розчину і іn situ.
Температура коагуляції спеціальних карбідів при відпустці істотно залежить від легування стали: чим складніше утворився карбід, тим вище температура його коагуляції.
Наприклад, коагуляція карбідів типу (Fе,М)зС відбувається при 350-400°С, карбідів типу (Fе,М)С у сталях з ніобієм, ванадієм і вольфрамом - при 600°С.