Микроструктура легированных сталей после охлаждения на воздухе из аустенитного состояния

1. Сталь перлитного класса имеют сравнительно малое содержа­ние легирующих элементов, вследствие чего их критическая скорость закалки оказывается выше скорости охлаждения на воздухе. Поэтому при охлаждении на воздухе происходит распад аустенита диффузионным путем с образованием перлитных структур (перлит, сорбит или троостит), которые отличаются друг от друга различной дисперсностью пластин карбидов и легированного феррита.

К сталям перлитного класса относится большинство конструкци­онных и инструментальных сталей: 20Х, 40Х, ЗОХГСА, X, ХГ, ХВГ, 9ХС и другие. На рис.1, б показана микроструктура стали ЗОХГСА в нормализо­ванном состоянии. При ускоренном охлаждении на воздухе весь феррит не успевает выделиться из аустенита, который превращается в сорбит. Поэтому после нормализации зерен феррита значитепьно меньше, чем после полного отжига.

2. Стали мартенситного класса содержат больше легирующих элементов по сравнению со сталями перлитного класса. Легирующие элементы, повышая устойчивость переохлажденного аустени­та к распаду, настолько снижают крити­ческую скорость закалки, что она оказы­вается меньше скорости охлаждения на воздух».

Рис.7. Схема микроструктуры легированной стали мартенсит­ного класса марки 20X13 после нормализации от 1050°С. Мар­тенсит и остаточный аустенит, х бОО, (Травление в электроли­те, содержащем 5-10 г щавеле­вой кислоты и 100 мл воды, при плотности тока О,1 А/см² в те­чение 60-80 С)

Поэтому при охлаждении на воз­духе сталь закаливается на мартенситную структуру (рис.7). К мартенситному классу относятся стали марок 20Х2Н4А, 20X13, 30X13, 50X13, Р9, Р6М5, Р18 и другие.

3. Стали аустенитного класса со­держат большое количество легирующих элементов, которые снижают температуру начала мартенситного превращения в область отрицательных температур и на­столько повышают устойчивость аустени­та, что он после охлаждения на воздухе совершенно не распадается при комнатной температуре. К аустенитному классу относятся стали марок 12Х18Н9Т, Г13, 45Х14Н14В2М и другие (см. рис.5).

4. Для сталей карбидного класса условным признаком является уже не основная структура образца диаметром 15-20 мм, охлажденного на воздухе от аусгенитного состояния, а присутствие значительного ко­личества карбидов, которые образуются при наличии в стали большого количества углерода и карбидообразующих легирующих алиментов

Легирующие элементы, растворяясь в цементите, способны об­разовывать легированный цементит, например, (Fe,Mo)₃C, (Fe,Cr)₃C, (Fe,W)₃C. Легированный цементит и специальные карбиды типа М₆С, М₇С₃, М₂₃Сб (где М - карбидообразующие элементы), например, Fe₃Mo₃C, Сг_;С₃, Сг₂₃С6, имеющие сложную кристаллическую решетку, построенную из закономерно расположенных атомов металла и углерода, относятся к карбидам первой группы.

Металлы, для которых отношение атомного радиуса углерода (0,079 нм) к их собственному радиусу меньше 0,59, способны образовы­вать специальные карбиды типа М₂С и МС (М0₂С, W₂C, WC, VC, TIC и дру­гие), являющиеся фазами внедрения. Эти карбиды имеют сравнительно простую кубическую или гексагональную решетку, построенную из ато­мов металла, а атомы углерода внедрены в нее. Карбиды, представляю­щие фазы внедрения, относятся ко второй группе.

Однако в чистом виде перечисленные карбиды в сталях не суще­ствуют. Все они растворяют железо, а при наличии нескольких карбидо­образующих элементов- и эти элементы. Так, в хромомарганцовистой стали вместо специального карбида хрома Сг₂₃Сб образуется сложный карбид (Сг,Мп,Fе)23С6, содержащий в твердом растворе железо и марга­нец.

Следует отметить, что фазы внедрения значительно труднее растворяются в аустените при нагревании, чем карбиды первой группы и тем более, чем простой цементит Fe₃C. Поэтому для растворения карби­дов в аустените легированные стали, нагревают при термической обра­ботке до более высоких температур, чем углеродистые стали.

Карбиды повышают износостойкость, твердость и режущие свой­ства легированных сталей. К карбидному классу относятся инструмен­тальные стали, например, марок Р9, Р18, Х12, Х12Ф1, ХВ5 и многие дру­гие (см. рис.4).

5. Стали ферритного класса имеют минимальное содержание уг­лерода при

большом количестве легирующих элементов, расширяющих область α-железа (феррита). Такие стали, кристаллизуются с образовани­ем структуры легированного феррита, который ни при охлаждении, ни при нагревании не превращается в аустенит (см. рис.6)