Закалка жаропрочных сталей (часть 1)   

   Жаропрочная аустенитная сталь после отжига находится в стабильном состоянии. При нагреве на высокие температуры (900—1300° С) в стали происходят изменения, связанные с растворением упрочняющих фаз (карбидных, интерметаллидных и других) в γ-твердом растворе и происхо­дит рост зерен легированного аустенита.

   В результате многочисленных исследований установлены основные закономерности процессов, происходящих при вы­сокотемпературном нагреве аустенитной жаропрочной стали.

   Температура, при которой начинается частичное растворе­ние упрочняющей фазы, зависит от природы этой фазы, размера частиц и природы твердого раствора.

   При изучении процесса растворения упрочняющей фазы показано, что с повышением температуры последовательно протекают следующие стадии:

   а) растворение субмикроскопических частиц и коагуляция
их до видимых размеров; металлографический анализ показы­
вает в этом случае увеличение общего числа частиц упрочняю­
щих фаз за счет процесса коагуляции;

   б) растворение мелких и коагуляция (рост) крупных ча­
стиц, металлографический анализ показывает некоторые умень­
шения числа частиц упрочняющих фаз на единицу площади
шлифа;

   в) растворение  крупных,   скоагулированных  частиц,   ока­-
завшихся  неустойчивыми  при очень высокой  (1000—1300° С)
температуре;   металлографический   анализ   показывает   почти чистые зерна аустенита, без заметных без микроскопом частиц упрочняющей фазы.

   Естественно, первые две стадии протекают при сравнительно невысоких температурах. Графически это можно изобразить кривой с максимумом. При более высоких температурах наблюдается сочетание последних двух стадий и, наконец, при очень высокой температуре получается кривая, характеризующая протекание одной последней стадии процесса(рис.9).

   Таким  образом,   обычный   металлографический   анализ   не всегда  может дать  достоверные  результаты  по  определению начала растворения упрочняющей фазы. Применение магнит­ного   метода   анализа   и   определения   электросопротивления позволяет с большой точностью определить протекание струк­турных изменений при нагреве аустенитной стали под закалку. Сложный кубический карбид на базе Сг₂₃С₆ начинает рас­творяться в легированном аустените стали 4Х14Н14В2М при 900° С. Растворение упрочняющей фазы, состоящей также из хромистых кубических карбидов, в твердом растворе сплава ХН60 начинается лишь при 1050° С (выдержка в течение часа). В данном случае сказывается влияние природы твердого рас­твора ферронихрома, построенного на базе γ-решетки никеля и обладающего, по-видимому, меньшей способностью к раство­рению карбидов, чем γ-твердый раствор, построенный на базе железа.

   Влияние строения упрочняющей фазы на температуру на­чала ее растворения в легированном аустените можно просле­дить на примере сталей 18-8 и 18-8Тi. Если в стали 18-8 замет­ное растворение кубических карбидов хрома происходит примерно при 850° С, то в стали 18-8Тi наблюдается растворение незначительного количества очень дисперсных карбидов ти­тана при 1150—1200° С; основное количество карбидов титана начинает растворяться лишь при 1300° С. При этом наблю­дается связь между повышением температуры начала растворе­ния упрочняющих фаз и содержанием титана в стали.

   Одновременно с растворением упрочняющих фаз начинается вначале медленный, а затем ускоренный рост аустенитных зерен. Начало роста зерен при нагреве аустенитной жаропроч­ной стали определить металлографическим анализом весьма трудно из-за большой неоднородности в размерах зерен исход­ной структуры. Многочисленные исследования, проводимые различными методами, и, в частности, методом рентгенострук-турного анализа, показывают, что рост зерен аустенита при высокой температуре может быть связан с процессами раство­рения упрочняющих фаз.