5 факторов, влияющих на трансформацию при отпуске легирующих элементов: Объяснения | MachineMFG

5 факторов, влияющих на трансформацию при отпуске легирующих элементов: Объяснение

0
(0)

1. Предисловие

легирующие элементы

Влияние легирующих элементов на превращения при отпуске

В реальном производстве, как правило, можно обнаружить некоторые явления, такие как:

  1. Почему для достижения одинаковой твердости (например, 480-610HV5) после закалки карбонитрированные детали требуют более высокой температуры отпуска по сравнению с науглероженными деталями?
  2. Если для стали 45 требуется твердость 28-32HRC, то почему 42CrMo требуется более высокая температура закалки?
  3. Почему твердость быстрорежущей стали, такой как SKH-9 и W6Mo5Cr4V2, после обычного высокотемпературного отпуска увеличивается, а не уменьшается? Это явление объясняется влиянием элементы сплава на отпускное превращение металлических деталей, о котором пойдет речь в этой статье.

В этой статье представлен глубокий анализ темы, и мы надеемся, что вам понравится ее читать.

2. Влияние элементов сплава на распад мартенсита

Влияние элементов сплава на распад мартенсита

Процесс разложения мартенсит в легированной стали в основном аналогичен углеродистой, но скорость разложения значительно отличается.

Эксперименты показали, что влияние элементов сплава особенно существенно на последних стадиях распада мартенсита.

Причины и закономерности влияния элементов сплава на распад мартенсита можно в общих чертах описать следующим образом.

1. На стадии распада мартенсита пересыщенный углерод в мартенсите подвергается десольвации, что приводит к выпадению осадка и агрегации карбидных частиц, в результате чего уменьшается содержание углерода в матричной фазе α.

Роль легирующих элементов заключается главным образом в том, что они влияют на процесс распада мартенсита, скорость агрегации и роста карбидных частиц, а также на диффузию углерода. Это, в свою очередь, влияет на скорость снижения концентрации углерода в фазе α.

Степень этого эффекта зависит от силы связи между элементами сплава и углеродом.

2. Некарбидообразующие элементы (такие как Ni и Mn) имеют такую же силу связи с углеродом, как и Fe, и поэтому не оказывают существенного влияния на распад мартенсита.

Сильные карбидообразующие элементы (такие как Cr, Mo, W, V, Ti и т. д.) обладают сильным связыванием с углеродом, что увеличивает энергию активации диффузии углерода в мартенсите, препятствуя его диффузии и замедляя скорость распада мартенсита.

Элементы, не образующие карбидов, такие как Si и CO, могут растворяться в ε-FexC, стабилизируя его и замедляя скорость агрегации карбидов, тем самым задерживая распад мартенсита.

Температура полной десольватации пересыщенного углерода в мартенсите при отпуске углеродистой стали составляет около 300 ℃. Добавление легирующих элементов может сдвинуть температуру полной десольватации на 100-150 ℃ в сторону более высокой температуры.

Другими словами, легированная сталь может сохранять определенную концентрацию насыщенного углерода и мелких карбидов в фазе α даже при закалке при более высокой температуре, тем самым сохраняя высокую твердость и прочность.

Легирующие элементы, которые предотвращают снижение содержания углерода в фазе α и рост карбидных частиц, а также сохраняют высокую твердость и прочность стальных деталей, известны как легирующие элементы, улучшающие стойкость стали к отпуску или "обратный удар".

3. Влияние элементов сплава на трансформацию сохранившегося аустенита

Влияние элементов сплава на превращение сохранившегося аустенита

Трансформация сохраненных аустенит в легированной стали аналогична углеродистой, однако легирующие элементы могут влиять на температуру и скорость распада сохранившегося аустенита, что может изменить тип и характер превращения.

При закалке ниже Точка MSОстаточный аустенит превращается в мартенсит.

Если точка MS высока (>100 ℃), происходит процесс распада мартенсита с образованием закаленного мартенсита.

При отпуске выше точки MS, сохранившийся аустенит может претерпеть три преобразования:

① Изотермическое превращение в бейнит в зоне образования бейнита;

② Изотермическое превращение в перлит в зоне перлитообразования;

③ Он не распадается при отпуске нагреве и выдержке, но превращается в мартенсит при последующем охлаждении, которое называется "вторичной закалкой".

Примечание: Относится ли пункт ① к теории вторичной закалки, применяемой к процессу многократного отпуска быстрорежущей стали?

4. Влияние элементов сплава на превращение карбидов

Некарбидообразующие элементы, такие как Cu, Ni, Co, Al, Si и т. д., и углерод не образуют уникальных типов карбидов. Однако они улучшают превращение ε-FexC в θ-Fe3C, а также превращение цементита в другие типы специальных карбидов.

При отпуске легированной стали происходит перераспределение элементов сплава между цементитом и фазой α с увеличением времени или температуры отпуска. Карбидообразующие элементы продолжают диффундировать в цементит, а некарбидообразующие элементы постепенно обогащаются в фазе α. В результате более стабильные карбиды заменяют первоначальные нестабильные карбиды, что приводит к изменению состава и структуры карбидов.

Возможная последовательность превращения карбидов при отпуске легированной стали такова: ε-карбид ( 500 ℃). Возможность образования специальных карбидов в стали зависит от свойств и содержания элементов сплава, содержания углерода или азота, а также температуры и времени отпуска.

Как правило, в процессе отпуска легированной стали цементит превращается в стабильные специальные карбиды через метастабильные карбиды.

Например, после закалки с высоким содержанием Cr высокоуглеродистая стальПроцесс превращения карбидов при закалке:

(Fe,Cr)3C→(((Fe,Cr)3C)+(Cr,Fe)7C3→(Cr,Fe)7C3+(Cr,Fe)23C6→(Cr,Fe)23C6

По этим двум механизмам образуются и специальные карбиды.

Существует два типа процессов преобразования карбидов. Первый - это трансформация in-situ, когда карбидообразующие элементы изначально обогащены в цементите. Когда их концентрация превышает предел растворимости легированного цементита, решетка цементита реорганизуется в уникальную карбидную решетку. Примером такого типа является превращение из (Fe, Cr) 3C в (Cr, Fe) 7C3 в низкохромистой стали. Повышение температуры отпуска ускоряет процесс карбидной трансформации.

Второй тип - только зарождение и рост, когда специальные карбиды непосредственно осаждаются из фазы α, сопровождаясь растворением цементита сплава. К этому типу относятся стали, содержащие карбидообразующие элементы, такие как V, Ti, Nb, Ta, а также стали с высоким содержанием Cr.

Например, сталь 0,3% C, 2,1% V, закаленная при температуре 1250 ℃, осаждает легированный цементит при закалке ниже 500 ℃, несмотря на низкое содержание V. Поскольку твердый раствор V сильно препятствует непрерывному распаду фазы α, только около 40% углерода осаждается в виде цементита, а остальные 60% остаются в фазе α.

Когда температура отпуска превышает 500 ℃, VC выпадает непосредственно из фазы α. При дальнейшем повышении температуры отпуска значительное количество VC выпадает в осадок, а цементит растворяется. При температуре 700 ℃ все цементиты растворяются, а все карбиды превращаются в VC.

5. Вторичная закалка при отпуске

На третьей стадии отпуска углеродистая сталь продолжает размягчаться с ростом частиц цементита, как показано на рис. 1.

изменение твердости низко- и среднеуглеродистой стали, закаленной при 100-700 ℃ в течение 1 часа

Рис. 1 Изменение твердости низкоуглеродистой и среднеуглеродистой стали, закаленной при 100-700 ℃ в течение 1 часа

Однако если сталь содержит сильные карбидообразующие элементы, такие как Mo, V, W, Ta, Nb и Ti, то тенденция к размягчению ослабевает, что приводит к повышению сопротивления размягчению.

Когда мартенсит содержит достаточное количество карбидообразующих элементов, при отпуске выше 500 ℃ выпадают мелкие специальные карбиды, вызывая повторное упрочнение стали, которая огрубела из-за повышения температуры отпуска и огрубения θ-карбидов. Это явление известно как вторичная закалка.

В некоторых случаях твердость пика вторичной закалки может быть выше, чем твердость закалки.

Рис. 2 Влияние температуры отпуска на мартенситную твердость низкоуглеродистой стали молибденовая сталь

На рис. 2 показано влияние содержания молибдена на эффект вторичного упрочнения низкоуглеродистой (0,1%c) молибденовой стали.

Видно, что интенсивность эффекта вторичного упрочнения увеличивается с ростом содержания Mo.

Аналогичные эффекты наблюдаются и с другими сильными карбидообразующими элементами, такими как Ti, V, W, Nb и др.

При очень высоком содержании Cr (более 12%) наблюдается менее отчетливый пик вторичной закалки.

Углеродистая сталь не подвергается вторичной закалке.

Электронно-микроскопические наблюдения подтвердили, что вторичное упрочнение вызвано осаждением дисперсных и мелкодисперсных специальных карбидов, таких как Mo2C, W2C, VC, TiC, NbC и др.

Эти особые карбиды осаждаются в дислокационной зоне, часто в виде очень тонких игл или листов небольшого размера, и сохраняют когерентную связь с фазой α.

По мере повышения температуры отпуска количество и размер карбидов постепенно увеличиваются, а искажение решетки фазой α усиливается, пока твердость не достигнет своего пика.

По мере роста карбида дисперсия уменьшается, когерентная связь разрушается, когерентные искажения исчезают, а плотность дислокаций уменьшается при повышении температуры, что приводит к быстрому снижению твердости.

Эффект вторичной закалки стали может быть улучшен следующими способами:

  1. Чтобы увеличить место зарождения специальных карбидов и повысить их дисперсность, можно увеличить плотность дислокаций в стали. Этого можно достичь с помощью метода низкотемпературной деформационной закалки, как показано на рисунке.
  2. В сталь могут быть добавлены некоторые легирующие элементы, которые замедляют диффузию специальных карбидообразующих элементов, препятствуют росту мелких карбидов и задерживают чрезмерное старение таких карбидов.
  3. Например, добавление CO, Al, Si, Nb, Ta и других элементов может способствовать сохранению когерентного искажения с фазой α и достижению тонкой дисперсии специальных карбидов, повышая тем самым устойчивость стали к отпуску.

Легированная сталь с эффектом вторичной закалки может быть выбрана для того, чтобы заготовка хорошо функционировала в горячем состоянии. При условии, что используемая температура ниже температуры отпуска (температуры, при которой происходит пик вторичной закалки), стальные детали могут сохранять высокую твердость и прочность.

6. Влияние элементов сплава на восстановление и рекристаллизацию фазы α

При закалке легированной стали при высоких температурах в ней могут образовываться особые карбиды с мелкими частицами, которые поддерживают когерентную связь с фазой α. Это позволяет стали поддерживать высокую пересыщенность фазы α углеродом и значительно замедлять ее восстановление и рекристаллизацию. В результате фаза α остается в сильно искаженном состоянии, сохраняя при этом высокую твердость и прочность, что обеспечивает высокую стабильность при отпуске.

Обычно используемые в легированной стали легирующие элементы, такие как Mo, W, Ti, V, Cr, Si и т. д., могут препятствовать устранению различных деформаций при отпуске. Они обычно задерживают восстановление и рекристаллизацию фазы α (повышают температуру рекристаллизации), а также процесс агрегации и роста карбидов, что помогает улучшить стабильность стали при отпуске.

Замедляющее действие легирующих элементов усиливается с увеличением их содержания в стали.

При одновременном добавлении в сталь нескольких легирующих элементов взаимодействие между ними усиливается.

Легированная сталь отличается высокой стабильностью при отпуске и сохраняет высокую твердость и прочность даже при высоких температурах. Это делает ее подходящей для инструментальных сталей, таких как стружкорезы и штампы для горячей обработки, которые требуют высокой твердости и термической прочности.

7. Заключение

В этой статье рассматриваются пять факторов, которые могут повлиять на процесс закалки элементов сплава. Я верю, что после ее прочтения вы приобретете ценные идеи и вдохновение.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх