Изотермическое мартенситное превращение в инструментальной стали и его влияние на карбидообразование при отпуске

Abstract

Изотермическое мартенситное превращение в инструментальных сталях X153CrMoV12 и X220CrMoV13-4 и карбидообразование при последующем отпуске изучено с помощью мёссбауэровской спектроскопии, рентгеноструктурного анализа, механической спектроскопии и трансмиссионной электронной микроскопии. Установлено, что мартенситное превращение сопровождается пластической деформацией, что обусловлено отсутствием старения мартенсита, сформированного при низких температурах. Аномально низкая тетрагональность изотермического мартенсита объяснена захватом атомов углерода движущимися дислокациями. Пластическая деформация в процессе мартенситного превращения следующим образом изменяет последовательность карбидных реакций при отпуске мартенсита: 1) отсутствует выделение промежуточного εε (ε′ε′) карбида; 2) задерживается выделение и рост цементитных частиц; 3) задерживается или полностью предотвращается выделение специальных карбидов. На основании полученных результатов предложен оптимальный температурно-временной режим глубокой криогенной обработки инструментальных сталей и сделано предположение о деформационно-стимулированном выделении специальных карбидов при эксплуатации стального инструмента как причине его повышенной износостойкости.

Ізотермічне мартенситне перетворення в інструментальних сталях X153CrMoV12 та X220CrMoV13-4 та карбідоутворення при наступному відпуску досліджено за допомогою Мессбауерової спектроскопії, рентґеноструктурного аналізу, механічної спектроскопії та просвітлювальної електронної мікроскопії. Встановлено, що мартенситне перетворення супроводжується пластичною деформацією, причиною чого є відсутність старіння сформованого за низьких температур мартенситу. На відміну від наявних гіпотез аномально низької тетрагональности ізотермічного залізовуглецевого мартенситу, її пояснено захопленням атомів вуглецю рухомими дислокаціями. Пластична деформація у ході ізотермічного мартенситного перетворення наступним чином змінює послідовність карбідних реакцій при відпуску мартенситу: 1) відсутнє виділення проміжного εε (ε′ε′) карбіду; 2) затримується виділення та ріст цементитних частинок; 3) затримується чи повністю припиняється виділення спеціальних карбідів. На основі одержаних результатів запропоновано оптимальний температурно-часовий режим глибокого кріогенного оброблення інструментальних сталей і зроблено припущення щодо деформаційно-обумовленого виділення спеціальних карбідів при експлуатації стального інструменту як причини його підвищеної зносостійкости.

Isothermal martensitic transformation in X153CrMoV12 and X220CrMoV13-4 tool steels and carbide formation under subsequent tempering are studied, using Mössbauer spectroscopy, X-ray analysis, mechanical spectroscopy, and transmission electron spectroscopy. As shown, the martensitic transformation is accompanied by plastic deformation, which is caused by the absence of ageing, if the martensite is formed at low temperatures. In contrast to the available hypotheses of the abnormally low tetragonality of isothermal martensite, it is attributed to the capture of carbon atoms by moving dislocations. Plastic deformation during isothermal martensitic transformation changes the carbide precipitation under subsequent tempering in the following way: (i) the precipitation of the intermediate εε (ε′ε′) carbide does not occur; (ii) precipitation of cementite particles and their growth are delayed; (iii) precipitation of special carbides is delayed or completely prevented. According to results obtained, the optimal temperature—time technology of deep cryogenic treatment (DCT) of the tool steels is proposed. The assumption is made that the increase in their wear resistance caused by DCT is caused by the strain-induced precipitation of special carbides under operation of a work tool.