Carbides in tool steels

Именно карбиды, которые присутствуют в инструментальных сталях, обеспечивают им их замечательные механические свойства. Типичная микроструктура инструментальных сталей после их термической обработки похожа на ту, что показана на рисунке нижехарактерное равномерное распределение мелких карбидов. Такое распределение карбидов и обеспечивает инструментальной стали необходимую ей высокую износостойкость.

karbidy-v-staliPicture 1 – Равномерное распределение мелких карбидов в стали

Типы карбидов в инструментальных сталях

Тип карбида, который присутствует в инструментальной стали, зависит от легирующих элементов в ней. В инструментальных сталях применяют четыре основных легирующих элемента в различных количествах:
– chromium;
– vanadium;
– tungsten;
– molybdenum.
Все эти элементы образуют стабильные карбиды.

В таблице ниже перечислены все основные типы карбидов, которые могут быть в инструментальных сталях.

karbidy-v-instrumentalnyx-stalyaxТаблица – Карбиды в инструментальных сталях

Твердость карбидов по Роквеллу вниз по таблице возрастает. Каждый из этих карбидов характеризуется различной кристаллической структурой в соответствии с их различными химическим формулами. Формула карбида M3C имеет на самом деле формулу (Fe + X)3C, где Х обозначает различные комбинации марганца с четырьмя основными легирующими элементами – хромом, ванадием, вольфрамом и молибденом.

Если Х содержит только железо и марганец, то это простой цементитный карбид, который присутствует в обычных углеродистых сталях. Таблица показывает, что в инструментальных сталях М в М3С является в основном железом, марганцем и хромом с небольшими добавками вольфрама, молибдена и ванадия.

Два карбида, by the way, которые доминируют в нержавеющий сталях, обозначаются К1 и К2. Карбид К1 – карбид М23FROM6 и карбид К2карбид М7FROM3 – присутствуют и в инструментальных сталях, причем для них М означает в основном хром. У остальных трех карбидов – M6C, M2C и MC – М содержит в основном молибден, вольфрам и ванадий.

Нагрев стали с карбидами

При нагреве стали, которая содержит карбиды, до достаточно высокой температуры в ней будет образовываться аустенит. При этом карбиды в исходной стали будут становиться все меньше по размерам, по мере того как атомы М в карбидах будут растворяться в аустените. Чем труднее атомы М растворяются в аустените, тем выше нужно разогревать сталь для ее нагрева под закалку, as well as, чтобы оставить в матрице аустените только мелкие карбиды.

«Хромистый» карбид M23C6 растворяется при относительно низкой температуре, тогда как карбиды M6C и MC, которые содержат в основном молибден, вольфрам и ванадий, не будут растворяться, пока температура не станет достаточно высокой. Поэтому температура нагрева под закалку, eg, низколегированной инструментальной стали AISI W1 составляет 760-840 ºS, а высоколегированной инструментальной стали AISI Т1 – 1260-1300 ºS.

Source: John D. Verhoeven, Steel Metallurgy for Non-Metallurgists, 2007