Кількісний склад карбідної фази

Кількість карбідів у сталі визначається змістом вуглецю і легуючих елементів, а також типом карбідних фаз, що утворяться.

У термічно зміцненому стані кількість карбідів у заевтектоідних сталях 5-12%, у ледебуритних - 25-30%. У ледебуритних сталей з карбідами ванадію об'ємна частка карбідів може досягати 32-35%.

У відпаленому стані кількість карбідів більше. Причому їх тим більше (по масі), чим бідніше карбіди вуглецем (М₃С, М₇С₃, М₂₃С6) і менше, якщо це карбід МС (див. фіг. 12).

Фіг. 12. Залежність кількості карбідів від змісту вуглецю в сталі.

Розчинні і нерозчинні карбіди

По впливу на структуру і властивості карбіди поділяються на розчинні і нерозчинні (надлишкові).

Розчинність оцінюється при температурах початку інтенсивного зростання зерна аустеніту.

Карбіди II групи (фази впровадження) важко розчинні в аустеніті. Це приводить до того, що при нагріванні вони можуть не перейти в розчин.

Карбіди І групи, навпроти, легко розчиняються в аустеніті.

Порядок розчинення карбідів в аустеніті визначається їхньою відносною стійкістю, а ступінь переходу в розчин - їхньою кількістю. Здатність аустеніту до розчинення вуглецю обмежена. Так, при наявності в сталі трьох карбідів М₇С₃, М₆С и МС аустеніт у першу чергу насититься карбідом , а карбіди и МС можуть залишитися в надлишку.

Цю властивість карбідів треба враховувати при призначенні температур нагрівання під гартування високо легованих сталей, наприклад швидкорізальних.

Розчинні карбіди поділяються на:

- евтектоідні, що є присутніми у перліті і що переходять в розчин при перетворенні аустеніту;

- вторинні, що виділяються при охолодженні з аустеніту у виді самостійної складової, тобто поза перлітом; при нагріванні розчиняються при температурах вище температур перлітного перетворення;

- третинні, що виділяються при повільному охолодженні нижче температур перлітного перетворення; ці карбіди не виявляються мікроаналізом і по непрямим даним можуть виділятися у високолегованих сталях по границях зерен.

Роль евтектоідних і вторинних карбідів у формуванні структури і властивостей стали полягає в наступному.

1. Евтектоідні і вторинні карбіди при розчиненні насичують аустеніт вуглецем і легуючими елементами. Цим забезпечується прогартовуваність і здатність до гартування стали, а при значному насиченні сильними карбідоутворюючими елементами (Сr, W, Мо, V) створюють умови для дисперсійного твердіння при відпустці.

2. Вторинні карбіди затримують ріст зерна аустеніту при нагріванні. Тому що вони більш дрібні і число їх більше, ніж надлишкових, відповідно їхня роль у цьому значніше. Інтенсивне зростання зерна аустеніту настає при закінченні переходу основної маси розчинних карбідів в аустеніт

Дисперсійне твердіння

Дисперсійне твердіння викликається виділенням з мартенситу дрібних спеціальних карбідів легуючих елементів. Розміри їх на початковій стадії процесу складають 40-50 нм. Це приводить до підвищення твердості на 3-10 HRC (фіг. 13). В'язкість при цьому знижується. Ступінь охрупчивания залежить від умов виділення карбідів: по границях або по тілу зерна.

Фіг. 13. Вплив температури відпустки на твердість

Вплив надлишкових карбідів

Надлишкові карбіди (нерозчинні при нагріванні до високих температур) значно, часто на кілька порядків крупніше, ніж розчинні, що особливо виділилися з мартенситу при відпустці.

Тому що вони не розчиняються при нагріванні під загартування, то їхні розміри, форма і розподіл по об’єму зберігаються після термообробки такими ж, якими вони були після кристалізації і пластичної деформації. Оскільки вони не змінюють склад твердого розчину, те їхня роль у сталі менша й інша, чим розчинних карбідів.

Впливати на ці карбіди термічною обробкою можна лише шляхом гомогенізації (для литих і мало деформованих сталей).

Нерозчинні карбіди перешкоджають росту зерна при нагріванні стали слабкіше, ніж розчинні. Вони можуть підвищувати зносостійкість і міцність стали, перешкоджаючи її пластичної течі.

Але в будь-якому випадку дисперсійне твердіння, зміцнення, стримування росту зерна в легованих сталях відбувається в основному за рахунок вторинних розчинних карбідів.