Hardenability of steels: alloying effect

Known, что активные легирующие элементы стали, такие как хром и молибден, образуют в ней карбиды. It means, что эти элементы будут стремиться войти в карбидную часть перлита и бейнита при их образовании из аустенита.

Диффузия углерода при распаде аустенита: from 0,8 % to 0,02 % and 6,7 %

Когда некоторый объем аустенита превращается в перлит или бейнит в обыкновенных углеродистых сталях, то атомы углерода должны перестраиваться из однородного распределения, которое они имеют в аустените. В уже превращенном из аустенита объеме может вообще не быть углерода (0,02 %) в ферритном участке и быть 6,7 % углерода в цементитном участке. Это перераспределение атомов происходит за счет диффузии.

Труднее диффузия – медленнее распад аустенита

Точно также при превращении аустенита легированной стали легирующие атомы, eg, хрома и марганец, также должны перераспределиться из однородного распределения в аустените до высокого содержания в карбидах и низкого – в феррите. Однако диффузионное перераспределение для легирующих элементов намного труднее, для углерода. The thing is, что у них коэффициент диффузии намного меньше, than carbon. Поэтому присутствие легирующих элементов в стали затрудняет образование перлита и бейнита. Соответственно кривые начала перлитного и бейнитного превращений на диаграммах превращения аустенита – изотермического и непрерывного – будут сдвигаться вправо, в более, так сказать, поздние времена.

Все легирующие добавки в стали, кроме кобальта, сдвигают кривые начала образования феррита, перлита и бейнита на диаграммах изотермического превращения вправо.

Влияние никеля на прокаливаемость стали

Однако известно, what, eg, никель довольно таки неактивный элемент, а тоже замедляют скорость образования перлита и бейнита. В этом случае причина заключается во влиянии никеля на фазовую диаграмму. Просто это невозможно объяснить. Однако конечный результат легко запомнить: почти все легирующие элементы в стали замедляют распад аустенита с образованием феррита, perlite or bainite.

Как хром замедляет превращение аустенита

На рисунке ниже показано сравнение диаграмм изотермического превращения аустенита для двух американских сталей – carbon steel 1060 and alloy steel 5160 (аналоги наших сталей 60Г и 50ХГА) – с различным содержанием хрома. You can say, что сталь 5160 – это та же сталь 1060, но с добавлением 0,8 % chrome.

stal-1060stal-5160Рисунок – Диаграммы изотермического превращения для сталей 1060 and 5160.
Alloying steel 5160 хромом сдвигает нос кривых превращения вправо.
(A – austenite, F – ferrite, FROM – cementite)

Рисунок показывает, что такое малое содержание хрома оказывает значительное влияние на положение кривых начала превращения аустенита на диаграмме изотермического превращения. Даже при том, что размер зерна в стали 5160 оказался меньше, чем у стали 1060, нос диаграммы изотермического превращения у стали 5160 сдвинут вправо примерно на 5 секунд, а у стали 1060 – всего лишь на 0,5 секунд.

Влияние на прокаливаемость размера зерна стали

Влияние зерна на прокаливаемость стали связано с тем, что распад аустенита всегда начинается на границах его зерен. Площадь границ зерен, естественно, зависит от размера зерна. Большой размер зерен будет снижать общую величину площади границ зерен в единице объема. Это и приводит к сдвигу кривых начала превращения – увеличения задержки начала превращения – и, thereby, повышает прокаливаемость стали. Именно поэтому положение кривых на диаграмме изотермического превращения зависит от размера зерна аустенита. По этой же причине на диаграммах изотермического превращения всегда указывают размер зерна аустенита.

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