Особливістю формування структури заевтектоїдних сталей при охолодженні після затвердіння або перекристалізації є виділення карбідів та утворення карбідної сітки на межах зерен у процесі перетворення аустеніту на перліт, що призводить до погіршення пластичних властивостей та розвитку крихкості сталі (рис. 1).

а

б

в

Рис. 1. Карбідна сітка сталей У12А (а), ШХ15 (б), ХВГ (в). Збільшення – 500

Перетворення аустеніту на перліт включає наступні етапи:

1. Утворення зародків карбідів цементитного типу в аустеніті.

2. Перетворення аустеніту на ферит у прилеглих зонах з низьким вмістом вуглецю.

3. Зростання карбідів у фериті.

Процес утворення аустеніту при нагріванні починається з перетворення фериту на аустеніт і подальшому розчинення в ньому карбідів.

Дослідження процесу формування та розчинення карбідів у заевтектоїдних сталях проводили на інструментальних сталях У12А, ШХ15 та ХВГ.

За інтегральний параметр хімічного складу сталі прийняли її вуглецевий еквівалент, який визначали за такою формулою:

де C, Mn, Si, Cr, Ni, Cu, V, P – масові частки вуглецю, марганцю, кремнію, хрому, нікелю, міді, ванадію та фосфору, %.

Хімічний склад, вуглецевий еквівалент і температури фазових перетворень сталей наведені у табл. 1.

Таблиця 1 – Хімічний склад, вуглецевий еквівалент (С_екв) і температури початку (t_ac1) і закінчення (t_ac3) перетворення перліту на аустеніт при нагріванні та закінчення перетворення аустеніту на перліт (t_ar1) при охолодженні.

Температури початку коагуляції та розчинення карбідів при нагріванні (t_сh) та закінчення виділення при охолодженні (t_pc) визначали шляхом аналізу структури сталей після гартування при досліджених температурах. Результати визначення температур початку коагуляції та розчинення карбідів при нагріванні (t_сh) та закінчення їх виділення та зростання при охолодженні (t_pc) наведено у таблиці 2.

Таблиця 2 – Температури початку коагуляції та розчинення карбідів при нагріванні (t_сh) та закінчення виділення та зростання карбідів при охолодженні (t_pc) досліджених сталей.

Аналіз впливу вуглецевого еквівалента на температуру початку коагуляції та розчинення карбідів при нагріванні показав, що зі збільшенням вмісту вуглецю та хрому в сталі збільшується величина перегрівання над температурою початку перетворення фериту на аустеніт (Dt_ch = t_ch - t_ac1) та процес розчинення карбідів починається при перегріванні над точкою t_ac1 для сталі У12А на 55 ^оС, для сталі ХВГ на 79 ^оС, для сталі ШХ15 на 84 ^оС (рис. 2, лінія 1).

Рівняння регресії має такий вигляд:

У разі охолодження, збільшення вуглецевого еквівалента призводить до збільшення температури закінчення виділення і зростання карбідів і процес закінчується при переохолодженні (Dt_pc = t_pc - t_ar1) на 15 ^оС вище температури закінчення перетворення аустеніту в перліт (t_ar1) для сталі У12А, 85 ^оС для сталі ХВГ та 90 ^оС для сталі ШХ15 (рис. 1, лінія 2).

Аналітична залежність такого впливу описується рівнянням:

Рис. 1. Вплив вуглецевого еквіваленту на початок розчинення карбідів інструментальних сталей при нагріванні (1) і закінчення виділення (2) при охолодженні

Результати виконаних досліджень показують, що процес розчинення карбідів інструментальних сталей при нагріванні починається при перегріванні над температурою t_ac1 на 8 % для сталі У12А, 10 % для сталі ХВГ и 11 % для сталі ШХ15. Встановлено, що виділення і ріст карбідів при охолодженні закінчується при температурах вище точки t_ar1 для сталі У12А на 2 %, для сталі ХВГ на 12 % і для сталі ШХ15 на 13 %.