какой легирующий элемент не замедляет распад аустенита
Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита
По влиянию на устойчивость аустенита и на форму С-образных кривых легирующие элементы разделяются на две группы.
Элементы, которые растворяются в феррите и цементите (кобальт, кремний, алюминий, медь, никель), оказывают только количественное влияние на процессы превращения. Замедляют превращение (большинство элементов), или ускоряют его (кобальт) (рис.17.2 а)
Рис 17.2. Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита: а – некарбидообразующие элементы; б — карбидообразующие элементы
Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных температурах они по разному влияют на скорость распада аустенита: при температуре 700…500 o С — замедляют превращение в перлитной области, при температуре 500…400 o С (образование троостита) – очень сильно замедляют превращение, при температуре 400…300 o С (промежуточное превращение) – замедляет превращение аустенита в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два максимума скорости изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита (рис. 17.2 б )
Температура максимальной устойчивости аустенита зависит от карбидообразующего элемента: хром – 400…500 o С, вольфрам – 500…550 o С, молибден – 550…575 o С, ванадий – 575…600 o С. Время максимальной устойчивости при заданной температуре возрастает с увеличением степени легированности (очень велико для высоколегированных сталей).
Важным является замедление скорости распада. Это способствует более глубокой прокаливаемости и переохлаждению аустенита до интервала мартенситного превращения при более медленном охлаждении (масло, воздух). Увеличивают прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец, особенно при совместном легировании
Влияние легирующих элементов на перлитное превращение
Легирующие элементы оказывают чрезвычайно важное для практики влияние на кинетику распада аустенита. За исключением кобальта, все широко используемые легирующие элементы, растворенные в аустените (Cr, Ni,Mn, W, Mo, V и др.), замедляют перлитное превращение, сдвигая верхнюю часть С-кривой вправо.
Природа увеличения устойчивости переохлажденного аустенита под влиянием легирующих элементов довольно сложная. Если в углеродистых сталях перлитное превращение связано с γ → αперестройкой решетки и диффузионным перераспределением углерода, то в легированных сталях к этому могут добавиться образование специальных карбидов и диффузионное перераспределение легирующих элементов, по-разному растворенных в феррите и карбиде.
Когда сталь в равновесном состоянии должна содержать специальный карбид, возможны несколько вариантов карбидообразования при перлитном превращении. Во-первых, при небольших переохлаждениях из аустенита образуется непосредственно стабильный специальный карбид.
При больших переохлаждениях вместо стабильного может образоваться промежуточный метастабильный карбид, состав которого и (или) структура ближе к аустениту, чем у стабильного карбида. Например, в стали с 0,47%С и 16,2% Cr в интервале 770 — 700 °С образуется стабильный карбид (Cr, Fe)23C6, а в интервале 650 — 600 °С (Cr, Fе)23С6 и метастабильный карбид (Fe, Cr)7С3.
Образование специального карбида с высоким содержанием углерода и карбидообразующего легирующего элемента требует большого диффузионного перераспределения в аустените обоих компонентов карбида.
Из-за низкой подвижности легирующего элемента это перераспределение может не дойти до стадии образования специального карбида (в том числе и промежуточного), но бывает достаточным для образования легированного цементита (Fe, Ме)3С, в решетке которого легирующий элемент (Me) частично замещает атомы железа и содержится в значительно меньшем количестве, чем в специальном карбиде.
Концентрация легирующего элемента в цементите может даже не отличаться от концентрации его в аустените. С увеличением переохлаждения аустенита возрастает вероятность образования легированного цементита вместо специального карбида.
Если непосредственно из аустенита при перлитном превращении образовалась метастабильная карбидная фаза (промежуточный карбид или легированный цементит), то последующая изотермическая выдержка в перлитном интервале температур способна привести к постепенной замене ее стабильным специальным карбидом путем перераспределения легирующего элемента между ферритом и карбидом. Иногда для этого требуются сотни часов.
Растворенные в аустените легирующие элементы не только сами имеют малый коэффициент диффузии, иногда в десятки и сотни тысяч раз меньше, чем у углерода, но некоторые из них (Мо, W) замедляют диффузию углерода в γ-решетке. Кроме того, некоторые элементы (Cr, Ni) замедляют γ → α-перестройку, являющуюся составной частью перлитного превращения.
Таким образом, легирующие элементы могут замедлять перлитное превращение по следующим причинам:
В зависимости от состава стали и степени переохлаждения аустенита решающим может оказаться тот или иной из указанных факторов. Например, при добавке к эвтектоидной углеродистой стали 0,8% Мо продолжительность полного распада аустенита при температуре вблизи изгиба С-кривой возрастает на четыре порядка (!), причиной чего является необходимость диффузионного перераспределения компонентов в аустените в связи с образованием карбида (Fe, Мо)23С6.
Более сильный эффект оказывает легирование одновременно несколькими элементами. Замедление распада аустенита под действием легирующих элементов широко используют для увеличения прокаливаемости стали (смотрите Нагрев и охлаждение при закалке сталей).
Схематические диаграммы изотермического распада аустенита
Схематические диаграммы изотермического распада аустенита в углеродистой (а) и легированной (б) сталях. При одинаковой скорости охлаждения степень переохлаждения ΔТ2 > ΔТ1.
Здесь, в разделе об отжиге 2-го рода, важно отметить, что легирование приводит к большему переохлаждению аустенита при неизменной скорости охлаждения. Так как с увеличением переохлаждения уменьшается межпластиночное расстояние, то при одинаковой скорости охлаждения легированная сталь после перлитного превращения оказывается прочнее.
«Теория термической обработки металлов»,
И.И.Новиков
Основное назначение легирования. Легированные стали. Влияние легирующих элементов на кинетику распада аустенита и на мартенситное превращение
Элементы, специально вводимые в сталь в определенных концентрациях с целью изменения ее строения и свойств, называются легирующими элементами, а стали – легированными.
Cодержание легируюшихх элементов может изменяться в очень широких пределах: хром или никель – 1% и более процентов; ванадий, молибден, титан, ниобий – 0,1… 0,5%; также кремний и марганец – более 1 %. При содержании легирующих элементов до 0,1 % – микролегирование.
В конструкционных сталях легирование осуществляется с целью улучшения механических свойств (прочности, пластичности). Кроме того меняются физические, химические, эксплуатационные свойства.
Легирующие элементы повышают стоимость стали, поэтому их использование должно быть строго обоснованно.
Достоинства легированных сталей:
· особенности обнаруживаются в термически обработанном состоянии, поэтому изготовляются детали, подвергаемые термической обработке;
· улучшенные легированные стали обнаруживают более высокие показатели сопротивления пластическим деформациям ( 
);
· легирующие элементы стабилизируют аустенит, поэтому прокаливаемость легированных сталей выше;
· возможно использование более «мягких» охладителей (снижается брак по закалочным трещинам и короблению), так как тормозится распад аустенита;
· повышаются запас вязкости и сопротивление хладоломкости, что приводит к повышению надежности деталей машин.
· подвержены обратимой отпускной хрупкости II рода;
· в высоколегированных сталях после закалки остается аустенит остаточный, который снижает твердость и сопротивляемость усталости, поэтому требуется дополнительная обработка;
· склонны к дендритной ликвации, так как скорость диффузии легирующих элементов в железе мала. Дендриты обедняются, а границы – междендритный материал – обогащаются легирующим элементом. Образуется строчечная структура после ковки и прокатки, неоднородность свойств вдоль и поперек деформирования, поэтому необходим диффузионный отжиг.
· склонны к образованию флокенов.
Флокены – светлые пятна в изломе в поперечном сечении – мелкие трещины с различной ориентацией. Причина их появления – выделение водорода, растворенного в стали.
При быстром охлаждении от 200 o водород остается в стали, выделяясь из твердого раствора, вызывает большое внутреннее давление, приводящее к образованию флокенов.
Меры борьбы: уменьшение содержания водорода при выплавке и снижение скорости охлаждения в интервале флокенообразования.
Влияние элементов на полиморфизм железа
Все элементы, которые растворяются в железе, влияют на температурный интервал существование его аллотропических модификаций (А 
= 911 o С, А 
=1392 o С).
В зависимости от расположения элементов в периодической системе и строения кристаллической решетки легирующего элемента возможны варианты взаимодействия легирующего элемента с железом. Им соответствуют и типы диаграмм состояния сплавов системы железо – легирующий элемент (рис. 17.1)
Большинство элементов или повышают А и снижают А , расширяя существовавшие 
–модификации (рис.17.1.а), или снижают А4 и повышают А , сужая область существования – модификации (рис.17.1.б).
Рис. 17.1. Схематические диаграммы состояния Fe – легирующий элемент. а – для элементов, расширяющих область существования –модификации; б – для элементов, сужающих область существования –модификации
Свыше определ¨нного содержания марганца, никеля и других элементов, имеющих гранецентрированную кубическую решетку, – состояние существует как стабильное от комнатной температуры до температуры плавления, такие сплавы на основе железа называются аустенитными.
При содержании ванадия, молибдена, кремния и других элементов, имеющих объемно-центрированную кубическую решетку. выше определ¨нного предела устойчивым при всех температурах является 
– состояние. Такие сплавы на основе железа называются ферритными.
Аустенитные и ферритные сплавы не имеют превращений при нагреве и охлаждении.
Влияние легирующих элементов на превращения в стали
Влияние легирующих элементов на превращение перлита в аустенит.
Легирующие элементы в большинстве случаев растворяются в аустените, образуя твердые растворы замещения. Легированные стали требуют более высоких температур нагрева и более длительной выдержки для получения однородного аустенита, в котором растворяются карбиды легирующих элементов.
Малая склонность к росту аустенитного зерна – технологическое преимущество большинства легированных сталей. Все легирующие элементы снижают склонность аустенитного зерна к росту, кроме марганца и бора. Элементы, не образующие карбидов (кремний, кобальт, медь, никель), слабо влияют на рост зерна. Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) сильно измельчают зерно.
Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита.
По влиянию на устойчивость аустенита и на форму С-образных кривых легирующие элементы разделяются на две группы.
Элементы, которые растворяются в феррите и цементите (кобальт, кремний, алюминий, медь, никель), оказывают только количественное влияние на процессы превращения. Замедляют превращение (большинство элементов), или ускоряют его (кобальт) (рис.17.2 а)
Рис 17.2. Влияние легирующих элементов на превращение переохлажденного аустенита: а – некарбидообразующие элементы; б — карбидообразующие элементы
Карбидообразующие элементы (хром, молибден, вольфрам, ванадий, титан) вносят и качественные изменения в кинетику изотермического превращения. При разных температурах они по разному влияют на скорость распада аустенита: при температуре 700…500 o С — замедляют превращение в перлитной области, при температуре 500…400 o С (образование троостита) – очень сильно замедляют превращение, при температуре 400…300 o С (промежуточное превращение) – замедляет превращение аустенита в бейнит, но меньше, чем образование троостита. Это отражается на форме С-образных кривых: наблюдаются два максимума скорости изотермического распада, разделенных областью высокой устойчивости переохлажденного аустенита (рис. 17.2 б )
Температура максимальной устойчивости аустенита зависит от карбидообразующего элемента: хром – 400…500 o С, вольфрам – 500…550 o С, молибден – 550…575 o С, ванадий – 575…600 o С. Время максимальной устойчивости при заданной температуре возрастает с увеличением степени легированности (очень велико для высоколегированных сталей).
Важным является замедление скорости распада. Это способствует более глубокой прокаливаемости и переохлаждению аустенита до интервала мартенситного превращения при более медленном охлаждении (масло, воздух). Увеличивают прокаливаемость хром, никель, молибден, марганец, особенно при совместном легировании
Влияние легирующих элементов на мартенситное превращение
При нагреве большинство легирующих элементов растворяются в аустените. Карбиды титана и ниобия не растворяются. Эти карбиды тормозят рост аустенитного зерна при нагреве и обеспечивают получение мелкоигольчатого мартенсита при закалке. Остальные карбидообразующие элементы, а также некарбидообразующие, при нагреве растворяются в аустените и при закалке образуют легированный мартенсит.
Некоторые легирующие элементы (алюминий, кобальт) повышают мартенситную точку и уменьшают количество остаточного аустенита, другие не влияют на эту точку (кремний). Большинство элементов снижают мартенситную точку и увеличивают количество остаточного аустенита.
Влияние легирующих элементов на преврашения при отпуске.
Легирующие элементы замедляют процесс распада мартенсита: никель, марганец – незначительно; хром, молибден, кремний – заметно. Это связано с тем, что процессы при отпуске имеют диффузионный характер, а большинство элементов замедляют карбидное превращение. Легированные стали сохраняют структуру мартенсита отпуска до температуры 400…500 o С. Так как в легированных сталях сохраняется значительное количество остаточного аустенита, то превращение его в мартенсит отпуска способствует сохранению твердости до высоких температур.
Таким образом, легированные стали при отпуске нагревают до более высоких температур или увеличивают выдержку.
Классификация легированных сталей
Стали классифицируются по нескольким признакам.
1. По структуре после охлаждения на воздухе выделяются три основных класса сталей:
Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов; мартенситного – более значительным содержанием; аустенитного – высоким содержанием легирующих элементов.
Классификация связана с кинетикой распада аустенита. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей различных классов представлены на рис. 17.3
Рис.17.3. Диаграммы изотермического распада аустенита для сталей перлитного (а), мартенситного (б) и аустенитного (в) классов
По мере увеличения содержания легирующих элементов устойчивость аустенита в перлитной области возрастает, а температупная область мартенситного превращения снижается.
Для сталей перлитного класса кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает область перлитного распада (рис. 17.3.а), поэтому образуются структуры перлита, сорбита или троостита.
Для сталей мартенситного класса область перлитного распада сдвинута вправо (рис.17.3 б). Охлаждение на воздухе не приводит к превращению в перлитной области. Аустенит переохлаждается до температуры мартенситного превращения и происходит образование мартенсита.
Для сталей аустенитного класса увеличение содержания углерода и легирующих элементов сдвигает вправо область перлитного распада, а также снижает мартенситную точку, переводя ее в область отрицательных температур (рис. 17.3.в). Сталь охлаждается на воздухе до комнатной температуры, сохраняя аустенитное состояние.
2. По степени легирования (по содержанию легирующих элементов):
· среднелегированные – до 10 %;
· высоколегированные – более 10%.
3. По числу легирующих элементов:
· трехкомпонентные (железо, углерод, легирующий элемент);
· четырехкомпонентные (железо, углерод, два легирующих элемента) и так далее.
никелевые, хпомистые, хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и так далее (признак– наличие тех или иных легирующих элементов).
· инструментальные (режущие, мерительные, штамповые);
· стали и сплавы с особыми свойствами (резко выраженные свойства –нержавеющие, жаропрочные и термоустойчивые, износоустойчивые, с особыми магнитными и электрическими свойствами).