11.02.2018

Система железо-хром-углерод


Добавление углерода к системе Fe-Cr значительно меняет и усложняет фазовое равновесие. Так как углерод является аустенизатором, его добавление расширяет гамма-область, позволяя аустениту при более высоком содержании хрома быть более устойчивым при повышенных температурах. На рис. 2.2 показано влияние содержания углерода на расширение области аустенита. Следует отметить, что даже малое количество углерода приводит к резкому расширению гамма-области. Это важно для получения мартенситных сталей, так как при охлаждении стали должны иметь аустенитную структуру при повышенных температурах. Для ферритных марок сталей размером гамма-области следует управлять так, чтобы при повышенных температурах формировалось незначительное количество аустенита или оно вовсе не формировалось.
Если рассматривать тройную систему Fe-Cr-C как функцию температуры, необходимо, чтобы один из элементов имел постоянную концентрацию. Таким образом, может быть создана псевдобинарная фазовая диаграмма, называемая псевдобинарной потому, что представляет собой двухмерное проектирование трехмерной системы. Из-за этого она не может быть использована таким же образом, как двойная диаграмма. Например, линейную связь нельзя применить для прогнозирования фазового баланса на псевдобинарной диаграмме, потому что у диаграммы есть глубина (т. е. соединяющая линия, не обязательно находящаяся на диаграмме). Такие диаграммы очень полезны для понимания фазового равновесия и фазовых превращений в трехкомпонентных системах. Две псевдобинарные диаграммы, основанные на системах с содержанием 13 и 17 % хрома с переменным количеством углерода, показаны на рис. 2.3. Из-за добавления углерода появились две троичные области, и диафамма становится более сложной, чем такая же, как для системы Fe-Cr. Также на диаграмме появились два разных карбида - (Cr, Fe)23C6 и (Cr, Fe)7C3 — вследствие добавления углерода.
Для низкохромистых ферритных и мартенситных сталей с содержанием 13 % хрома псевдобинарная диаграмма может быть использована для объяснения микроструктуры и фазовой стабильности. При очень низком содержании углерода (менее 0,1 %) стали при повышенных температурах становятся полностью ферригными. Если охлаждение происходит достаточно быстро, сплав остается в основном ферритным. Диаграмма для стали, содержащей 13 % хрома, является основой для низкохромистых нержавеющих сталей, таких как марки 409.

При содержании углерода более 0,1 % будут формироваться аустенит и смесь аустенита и феррита при повышенных температурах ниже интервала температуры кристаллизации. После охлаждения при температуре ниже 1200 °C (2190 °F) структура станет полностью аустенитной. Если скорость охлаждения достаточно высока, то аустенит трансформируется в мартенсит. Это имеет место для низкохромистых мартенситных нержавеющих сталей, таких как марки 410. При низком содержании углерода (0,05 %) в условиях повышенных температур будут существовать аустенит и феррит, при быстром охлаждении — образуется структура из мартенсита и феррита. Такие микроструктуры обычно нежелательны из-за снижения механических свойств.

При высоком содержании хрома (17 %) в системе Fe-Cr-C область ферритной фазы расширяется, а аустенитной сужается (см. рис. 2.3b). Это результат ферритизирующей способности хрома. Феррит, сформированный при повышенных температурах, более устойчив, а для формирования высокотемпературного аустенита требуется повышенное содержание углерода. Эта диаграмма является основой среднехромистых ферритных нержавеющих сталей, таких как марки 430, и среднехромистых высокоуглеродистых мартенситных сталей, таких как марки 440.





Яндекс.Метрика