2.4. Структура і властивості легованого аустеніту
Аустеніт в вуглецевих і низьколегованих сталях існує лише при температурах вище Асз (крім залишкового аустеніту). У високолегованих сталях, особливо при легуванні нікелем, завдяки розширенню γ-області і зниженню температури крапки Мн нижче кімнатної, аустеніт може стати однієї з основних фаз стали. При цьому експлуатаційні властивості стали багато в чому визначаються властивостями аустенітної основи.
До таких сталей можна віднести нержавіючі, жаростійкі, немагнітні і т.д.
Вплив легуючих елементів на властивості аустенітних сталей зв'язан, по-перше, із впливом на властивості аустеніту і, по-друге, із впливом на його стабільність.
По ступеню стабільності аустеніт поділяють на стабільний і нестабільний.
Нестабільний аустеніт при температурах вище М„ здатний до фазового перетворення - утворення мартенситу - у результаті деформації.
Стабільний аустеніт не перетерплює мартенситного перетворення при впливі деформації. При додатку навантаження змінюється тільки його структура і властивості. Легування може змінити стійкість аустеніту до деформаційного розпаду, тобто змінити ступінь його стабільності.
2.4.1 Легування стабільного аустеніту
Зміна властивостей аустеніту при легуванні підкоряється основним теоріям зміцнення твердих розчинів.
Найбільшу роль у зміцненні грає так називаний параметр невідповідності розмірів грат аустеніту і легуючого елемента. На фіг. 15 представлена залежність зміни твердості від параметра грат аустеніту при введенні 1% легуючого елемента заміщення і впровадження.
Фіг. 15. Вплив параметра ґрати на зміцнення аустеніту
Видно, що, чим більше невідповідність параметрів грат, тим сильніше зміцнення. Цікаво, що для елементів упровадження (С,N) зміцнення відбувається значно інтенсивніше, ніж для елементів заміщення. Таким чином, найбільший внесок у зміцнення аустеніту вносять елементи впровадження, особливо азот.
На відміну від фериту, розчинність азоту в аустеніті значно вище і може перевищувати 1% при кімнатній температурі.
Ефективність впливу легуючих елементів на властивості аустеніту визначаються базовим складом аустеніт}/. В основному аустеніт буває:
Fe-Ni;
Fе-Mn;
Fе-Сr-Ni;
Fе-Сr-Мn;
Fе-Сr-Ni-Мn.
Тобто основними аустенітоутворювачами є Ni і Mn. Аустеніт, отриманий на їхній основі, називають відповідно нікелевим і марганцовістим.
Властивості цих аустенітів розрізняються:
марганцовістий аустеніт більш схильний до деформаційного зміцнення - при високих деформаціях наклеп його в 1,5 рази вище, ніж нікелевого (фіг. 16а);
марганцовістий аустеніт схильний до хладноломкості при низьких температурах (мал.166).
Рис. 16. Властивості нікелевого (3,4) і марганцовістого (1,2) аустеніту
Причина хладноломкості - фазовий перехід І роду: гранецентровані кубічні грати перетворюються в гранецентровані тетрагональні грати. Останні схильні до окрихтування при низьких температурах.
Знизити схильність до крихкого руйнування можна легуванням марганцевистого аустеніту атомами хрому.
2.4.2. Легування метастабільного аустеніту
Як
був сказано вище, магранцовистий аустеніт
має високу схильність до деформаційного
зміцнення. При визначених ступенях
деформації при температурах нижче
аустеніт може перетерплювати мартенситне
перетворення. Крапка
лежить вище
.
Ці крапки є показниками стабільності
аустеніту при зміні зовнішніх умов
(температура, деформація).
Більш інтенсивно мартенситне перетворення при впливі деформації протікає в марганцовистих і хромомарганцовистих сталях. Це зв'язано з низькою енергією дефектів упакування - зародків є- і а-мартенситу деформації.
При малих ступенях деформації мартенситне перетворення йде за схемою:
γ→ε або γ→ε-α При збільшенні ступеня деформації:
γ→ε або γ→α.