Как избавиться от остаточного аустенита в стали

Количество остаточного аустенита можно уменьшать снижением количества углерода в слое до 0 65 — 0 75 % или добавкой в печь перед окончанием процесса аммиака для образования нитридов легирующих элементов. [1]

Количество остаточного аустенита в цементованном слое увеличивается с повышением температуры закалки и концентрации углерода. Остаточный аустенит понижает твердость, сопротивление износу, предел прочности при изгибе и предел выносливости. Снижение колич 5-ства остаточного аустенита достигается обработкой холодом ( от — 100 до — 120 С) после закалки или применением промежуточного высокого отпуска ( 600 — 640 С) с последующей закалкой при возможно более низкой температуре. При высоком отпуске из аустенита выделяются легированные карбиды. При последующем нагреве под закалку значительная часть карбидов остается вне твердого раствора, а менее легированный аустенит при охлаждении превращается в мартенсит, и поэтому количество остаточного аустенита уменьшается, а твердость повышается. Сталь после такого высокого отпуска характеризуется меньшей прока-ливаемостью при последующей закалке. При обработке холодом уменьшается количество остаточного аустенита и повышается твердость, однако происходит некоторое снижение предела выносливости, износостойкости и вязкости по сравнению с высоким отпуском. [2]

Наличие остаточного аустенита в закаленной стали в подавляющем числе случаев нежелательно. Остаточный аустенит снижает твердость, износостойкость, теплопроводность, магнитную индукцию и делает размеры изделий нестабильными. Охлаждением закаленной высокоуглеродистой стали до отрицательных температур можно значительную часть остаточного аустенита перевести в мартенсит. [3]

Присутствие остаточного аустенита в структуре закаленной стали — явление в большинстве случаев отрицательное: 1) так как твердость аустенита значительно меньше твердости мартенситаv ( 200 и 700 ед. Бринеллю соответственно), то и твердость закаленной стали, в структуре которой присутствует остаточный аустенит, получается меньше; 2) остаточный аустенит при распаде вызывает постепенное самопроизвольное изменение размеров деталей, что недопустимо для деталей, которые должны иметь постоянные размеры, например шарики и ролики шарико — и роликоподшипников; 3) так как аустенит немагнитен, то присутствие его в структуре стальных магнитов уменьшает магнитную индукцию, а значит, и подъемную силу магнитов. [4]

Распад остаточного аустенита при 230 заканчивается в стали с содержанием 0 94 и 1 02 / 0С примерно за 5 час. Третья стадия начинается несколько ранее, когда остается 2 — 3 % еще не-разложившегося аустенита. [5]

Превращение остаточного аустенита в мартенсит приводит к самопроизвольному изменению размеров и формы деталей. [6]

Превращение остаточного аустенита сопровождается некоторым увеличением объема. Одновременно происходит уменьшение тетрагональности мартенсита и при температурах ближе к 300 С начинаются обособление и рост частичек карбида. [7]

Количество остаточного аустенита при закалке с подстуживанием зависит главным образом от температуры закалки. [8]

Количество остаточного аустенита в стали, закаленной от 1200 С, в зависимости от температуры охлаждения ниже 0 приводится на фиг. [9]

Субструктура остаточного аустенита отличается от субструктуры исходного аустенита большей плотностью несовершенств, возникающих при локальной пластической деформации аустенита под действием мартенситных кристаллов. В аустените вблизи мартенситных кристаллов наблюдаются плоские скопления дислокаций, дислокационные сплетения и дефекты упаковки. [10]

Количество остаточного аустенита после закалки с охлаждением до комнатной температуры зависит от состава исходного аустенита и фактически связано с положением верхней мартенситной точки. С увеличением содержания углерода точка Мн снижается ( см. рис. 118) и количество остаточного аустенита при комнатной температуре возрастает. [11]

Часть остаточного аустенита может перейти в мартенсит при охлаждении стали от температуры бейнитного превращения до комнатной. [12]

Количество остаточного аустенита особенно велико при закалке изделий непосредственно из цементационной печи ( при газовой цементации) даже при подстужи-вании перед закалкой. [13]

Распад остаточного аустенита может в конструкционных сталях значительно усиливать явление низкотемпературной хрупкости. [14]

Присутствие остаточного аустенита в структуре некоторых леги рованных сталей уменьшает склонность их к деформации: увеличе яие объема стали в результате образования мартенсита компенси руется малым удельным объемом остаточного аустенита. Для уменьшения напряжений при закалке легированных сталей следует рекомендовать: небольшое подстуживание перед погружением в масло, неполное охлаждение в закалочном баке ( до 100 — 200) с последующим охлаждением на воздухе и ступенчатую закалку в горячих средах. [15]

Аустенит остаточный

Аустенит остаточный — это термодинамически неустойчивый аустенит,
существующий в качестве структурной составляющей в мартенситной или бейнитной структуре.

То есть это нераспавшийся в процессе термической обработки аустенит, существующий в легированной стали при комнатной температуре. Последующая обработка холодом способствует его распаду и повышению твердости.

Количество остаточного аустенита можно уменьшать снижением количества углерода в слое до 0.65 — 0.75 % или добавкой в печь перед окончанием процесса аммиака для образования нитридов легирующих элементов.

Наличие такой структуры в закаленной стали в подавляющем числе случаев нежелательно. Остаточный аустенит снижает твердость, износостойкость, теплопроводность, магнитную индукцию и делает размеры изделий нестабильными. Охлаждением закаленной высокоуглеродистой стали до отрицательных температур можно значительную часть остаточного аустенита перевести в мартенсит.

Читайте также: Бывшие мальчики которые стали девушками

Присутствие остаточного аустенита в структуре некоторых легированных сталей уменьшает склонность их к деформации: увеличение объема стали в результате образования мартенсита компенсируется малым удельным объемом остаточного аустенита. Для уменьшения напряжений при закалке легированных сталей следует рекомендовать: небольшое подстуживание перед погружением в масло, неполное охлаждение в закалочном баке ( до 100 — 200) с последующим охлаждением на воздухе и ступенчатую закалку в горячих средах.

Распад остаточного аустенита

Распад остаточного аустенита играет существенную роль в процессах отпуска высокоуглеродистых сталей, где он находится в значительном количестве (смотрите рисунок Влияние содержания углерода). Распад аустенита активно протекает в интервале температур примерно 200 — 300 °С.

Остаточный аустенит при отпуске превращается в нижний бейнит — смесь α-раствора и пластин цементита (или ε-карбида).

Главное внимание выше было уделено карбидообразованию при отпуске. Не менее важны изменения состояния матричной фазы, включающие уменьшение концентрации углерода в α-растворе и изменения субструктуры и микроструктуры α-фазы.

Уменьшение концентрации углерода в α-растворе идет во всем температурном интервале выделения из него карбидной фазы.

По изменению дифракционной картины на рентгенограмме Г. В. Курдюмов подразделил распад мартенсита на две стадии.

Первая стадия распада мартенсита — так называемый «двухфазный» распад (ниже 150 °С).

Подвижность атомов углерода при температурах ниже 150 °С еще слишком мала. Эта подвижность вполне достаточна, чтобы обеспечить образование карбидных пластин за счет углерода из ближайшего мартенситного окружения. Но она недостаточна, чтобы обеспечить рост выделившихся частиц карбида за счет диффузии углерода из участков мартенсита, еще не охваченных распадом и имеющих исходную высокую концентрацию углерода.

В результате такого распада мартенсит становится неоднородным с различным содержанием углерода в разных участках. В тех участках, где выделился карбид, концентрация углерода и, следовательно, степень тетрагональности меньше, чем в участках, не затронутых распадом. Два твердых раствора с разной концентрацией углерода сосуществуют длительное время из-за низкой скорости диффузии, и поэтому распад называется «двухфазным».

«Двухфазный» распад мартенсита развивается не вследствие роста карбидных частиц из окружающих их участков обедненного углеродом раствора, а в результате выделения новых частиц карбида в участках мартенсита с исходной концентрацией углерода.

Так как выделившиеся при низких температурах карбидные частицы чрезвычайно мелки, то они находятся в метастабильном коллоидном равновесии с окружающим их раствором, содержащим избыток углерода (смотрите формулу). Для дальнейшего обеднения углеродом участков раствора, окружающих карбид, необходимо укрупнение карбидных частиц.

Вторая стадия распада мартенсита
— обеднение углеродом α-раствора при одновременном росте карбидных частиц (150 — 300 °С). Скорость диффузии углерода при температурах выше 150° достаточна, чтобы обеспечить рост карбидных частиц при переносе атомов через α-раствор.

Поэтому выше 1бО °С одновременно с «двухфазным» распадом происходит обычный диффузионный рост карбидных частиц. Но все же до 300 °С кристаллы карбида растут медленно и остаются чрезвычайно мелкими.

Кинетика такого распада характеризуется тем, что α-раствор быстро обедняется углеродом в сравнительно короткий промежуток времени, зависящий от температуры, а затем обеднение раствора углеродом быстро затухает. Каждой температуре отпуска соответствует определенная концентрация углерода в пересыщенном α-растворе. При 300 °С в α-растворе остается около 0,1% С.

Изменение содержания углерода

Изменение содержания углерода в α-растворе при отпуске мартенсита
в стали с 0,56% С (Э. 3. Каминский, Т. И. Стеллецкая).

Выше этой температуры обычный рентгеноструктурный анализ не обнаруживает разницы между решетками α-раствора и α-железа. Ниже 300 °С степень тетрагональности (с/а> 1) еще измерима. При 400 °С или при несколько более высокой температуре α-раствор полностью освобождается от избытка углерода и переход мартенсита в феррит заканчивается.

«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков

Остаточный аустенит

Остаточный аустенит — это фаза в стали или чугуне, которая обычно нежелательна при обычном отпуске стали . Он относительно нестабилен и преобразуется при повышении температуры в феррите и цементите и снижении температуры и механического напряжения («Sitram» = вызванное напряжением превращение аустенита в мартенсит) в мартенсит .

Во время преобразования происходит переворот от гранецентрированной кубической пространственной решетки ( аустенит ) к тетрагональной объемно-центрированной пространственной решетке ( мартенсит ). В гранецентрированной кубической решетке плотность упаковки больше, чем в объемно -центрированной тетрагональной решетке, поэтому преобразование приводит к увеличению объема , что может привести к напряжениям в заготовке. Например, преобразование остаточного аустенита в мартенсит (увеличение объема) может привести к микротрещинам внутри уже существующих мартенситных пластин («барьерная структура») и, таким образом, снизить усталостную прочность.

Читайте также: 30хгт расшифровка марки стали

С точки зрения качества, превращение остаточного аустенита (складывание сетки) в мартенсит может быть приблизительно определено путем измерения твердости до и после низкотемпературного охлаждения. Состояние также можно количественно оценить с помощью структурного исследования или определения остаточного аустенита с помощью рентгеновских лучей.

Механизм происхождения

Влияние легирующих элементов на температуру начала мартенсита и содержание остаточного аустенита

В случае сталей с содержанием углерода более 0,5% по массе и достаточным содержанием легирующих элементов температура финишной обработки мартенсита M f составляет менее 20 ° C. Когда эти материалы подвергаются закалке из аустенитного состояния до комнатной температуры, часть аустенитной начальной фазы остается в структуре. Этот аустенит называется остаточным аустенитом. Это относительно мягкий метастабильный структурный компонент, который может превращаться в мартенсит при дальнейшем охлаждении или механическом воздействии.

Количество остаточного аустенита можно рассчитать по уравнению

Р. А. знак равно е — Б. ( М. С. — Т ты ) > — T _ )>>

оценка в зависимости от температуры начала мартенсита и температуры закалочной среды. Состав сплава включен в приведенное выше уравнение через температуру. — постоянная, зависящая от температуры. М. С. >> М. С. >> Б.

Б. ( Т знак равно 20-е ∘ С. ) знак равно 1 , 1 ⋅ 10 — 2 1 ∘ С. >) = 1 1 \ cdot 10 ^ \, >>>>

Б. ( Т знак равно — 196 ∘ С. ) знак равно 7-е , 5 ⋅ 10 — 3 1 ∘ С. >) = 7 5 \ cdot 10 ^ \, >>>>

В таблице суммировано влияние различных элементов сплава на M S и содержание остаточного аустенита (RAG).

Большие количества остаточного аустенита могут также присутствовать после бейнитных превращений, например Б. в кремнистых сталях или чугуне. Поскольку кремний препятствует образованию карбидов, углерод, который не растворяется в бейните, не может выпадать в осадок в форме карбидов и диффундирует в аустенит, который все еще присутствует. Это приводит к тому, что содержание углерода в аустените увеличивается, и в то же время снижается начальная температура мартенсита. Когда M S достигает комнатной температуры, аустенит после охлаждения остается полностью остаточным аустенитом.

Стабилизация остаточного аустенита

В сталях говорят об «аустените» при> A 3 и «Restaustenitstabilität» при оценке того, что после закалки до комнатной температуры все еще присутствует аустенит. Как показано на рисунке 1, стабильность аустенита зависит от различных факторов. Под влиянием кинетики превращения и параметров закалки он составляет основу стабильности остаточного аустенита. B. зависит от количества остаточного аустенита, а также механических и термических нагрузок. Стабильность остаточного аустенита имеет большое техническое значение для механических свойств и точности размеров сталей с остаточным аустенитом. Полезно различать механическую и химическую стабилизацию остаточного аустенита.

Механическая стабилизация

Согласно Тамманну и Шейлу, сжимающие напряжения, вызванные увеличением объема при образовании мартенсита в аустените, должны препятствовать дальнейшему превращению, если они превышают определенную величину. Преобразование может быть продолжено только тогда, когда сжимающее напряжение уменьшено путем дальнейшего охлаждения. Это возможно, потому что аустенит имеет коэффициент теплового расширения, который в два раза больше, чем у мартенсита, и поэтому сжимается больше при охлаждении. По словам Роуза, с другой стороны, рост зародышей мартенсита останавливается из-за нарушения когерентности на границах раздела аустенит-мартенсит. Считается, что эти нарушения вызваны дислокациями и другими дефектами решетки, которые возникают во время пластической деформации аустенита образующимся мартенситом. Фактически, плотности дислокаций от 10 11 до 10 12 см -2 обнаруживаются в областях аустенита, которые непосредственно примыкают к кристаллам мартенсита . Механическая стабилизация аустенита в сталях с более высоким содержанием углерода может быть настолько сильной, что даже при охлаждении до температуры жидкого гелия (4 К) полное образование мартенсита не происходит.

Химическая стабилизация

После образования первых кристаллов мартенсита происходит диффузия углерода при дальнейшем образовании мартенсита. Эти эффекты самоотпуска увеличивают содержание углерода в окружающем аустените и стабилизируют его. Повышенная концентрация углерода в аустените локально снижает температуру начала мартенсита. В результате существующее переохлаждение уменьшается, так что движущая сила ΔG (A → M), необходимая для мартенситного превращения, больше не может быть обеспечена. Преобразование может быть продолжено только при дальнейшем охлаждении и, таким образом, при падении ниже новой начальной температуры мартенсита M S ‘.

Читайте также: Средство для нержавейки блеск стали

Во время бейнитного превращения также происходит сильная диффузия углерода в аустенит, который еще не превратился. Если содержание кремния достаточно высокое, аустенит может быть химически стабилизирован до такой степени, что он не превращается в мартенсит при последующем охлаждении до комнатной температуры.

Прочие стабилизации

Дальнейшие механизмы стабилизации аустенита, такие как термическая, динамическая и изотермическая стабилизация, могут быть связаны с механической или химической стабилизацией или их комбинацией.

Превращение остаточного аустенита под действием температуры

При отпуске структурных состояний, содержащих остаточный аустенит, разрушение остаточного аустенита наблюдается примерно от 300 ° C. Остаточный аустенит между иглами мартенсита превращается в феррит и цементит контролируемым диффузией способом. Поскольку цементит образуется между мартенситом и исходными фигурами, следовательно, возможными путями трещин, виновато наблюдаемое при температуре около 300 ° C охрупчивание . Добавление кремния сдвигает выделение цементита к более высоким температурам, так что аустенит первоначально не полностью превращается в бескарбидный бейнит при температуре выше 300 ° C, а цементит образуется только при температуре выше 380 ° C.

С другой стороны, существующее содержание остаточного аустенита может быть снижено атермически путем замораживания ниже M S ‘. Мартенсит глубокой заморозки, который образуется в этом процессе, имеет значительно худшие механические свойства, чем «мартенсит твердости», поскольку он не подвергается никаким процессам отпуска или самоотпуска. M S ‘значительно ниже температуры закалки. Разница между температурой закалки (T u — M S ‘) зависит от количества образовавшегося мартенсита, времени ожидания между закалкой и глубокой заморозкой, а также от предыдущего старения при повышенных температурах. Очевидно, диффузия углерода из мартенсита в аустенит происходит во время ожидания и стабилизирует его. Когда значение падает ниже M S ‘, становится доступна такая большая движущая сила ΔG therm, что стабилизированный остаточный аустенит также преобразуется.

Механически индуцированное превращение остаточного аустенита

При механически индуцированном превращении остаточного аустенита необходимо различать превращение, вызванное напряжением и деформацией, в зависимости от того, происходит ли образование мартенсита ниже или выше предела текучести аустенита.

Рисунок 2 иллюстрирует зависимость обоих процессов от температуры перехода. Если охладиться ниже M S (M), мартенсит самопроизвольно развивается на предварительно сформированных зародышах (A). При температурах выше M S (M S ‘) мартенсит образуется только после приложения внешнего напряжения, в результате чего предварительно сформированные зародыши могут расти. Часть движущей силы, необходимой для образования мартенсита, теперь применяется механически, так что

Δ г ( А. — М. ) знак равно ( Δ г м е c ЧАС + Δ г т ЧАС е р м ) = (\ Delta G_ + \ Delta G_ )>

Поскольку вклад свободной энтальпии, поступающей под действием тепла, уменьшается с увеличением температуры, механический вклад должен увеличиваться за счет увеличения напряжения. При температуре M S σ напряжение достигает предела текучести аустенита (C). Пластические деформации аустенита приводят к появлению новых предварительно сформированных зародышей, что облегчает образование мартенсита. Следовательно, кривая начала образования мартенсита отклоняется от продолжения прямых линий A — C и проходит от C к E. В точке E напряжение, необходимое для образования мартенсита, возрастает настолько, что оно больше не может быть достигнуто. Следовательно, M d — это температура, выше которой образование мартенсита, вызванное деформацией, становится невозможным.

Мартенситное превращение остаточного аустенита вызывает необратимые компоненты расширения из-за разницы объемов. В результате предел текучести материала, рассматриваемый макроскопически, совпадает с пороговым напряжением трансформации, вызванной напряжением, ниже M S σ . В случае M S (M S ‘) предел текучести имеет очень низкие значения, поскольку даже самые маленькие напряжения приводят к трансформации, вызванной напряжением. Предел текучести материала идентичен пределу текучести аустенита по M S σ .

Пластичность, вызванная конверсией

В случае сталей с высоким остаточным аустенитом и метастабильных аустенитных сталей, так называемых TRIP-сталей (пластичность, вызванная трансформацией), часто наблюдается удивительная прочность и пластичность. Повышенная пластичность обусловлена ​​образованием мартенсита, вызванным деформацией, который обеспечивает дополнительный механизм упрочнения. Это вызванное деформацией образование мартенсита также предпочтительно происходит в области пиков напряжения и снижает их. Это з. B. В случае быстрого напряжения нестабильность сжатия, возникающая в пиках напряжения, замедляется, и способность материала к затвердеванию используется лучше. Для достижения эффекта TRIP обычно необходимы сложные составы сплавов и сложная термомеханическая обработка.

Явления пластичности, вызванной преобразованием, также положительно влияют на сопротивление материала распространению трещин, поскольку для распространения трещин требуется дополнительная энергия из-за превращения остаточного аустенита в пластической зоне. Кроме того, в области материала, близкой к вершине трещины, увеличение объема, связанное с преобразованием, создает остаточные сжимающие напряжения, которые закрывают трещину и, таким образом, замедляют ее распространение.

  • Свежие записи
    • Укладываем художественный паркет самостоятельно
    • Как лучше всего защитить стены из газоблока от разрушения в первую зиму после строительства дома
    • Арболит, он же — опилкобетон
    • Особенности звукоизоляции помещений
    • Глина с опилками – самый лучший и дешевый способ утепления бетонных стен дома