Химические свойства. Коррозия металлов и сплавов. Перспективы применения нелегированного доменного чугуна без выделений графита, страница 42

Также установлена связь процессов рекристаллизации аустенита с основными свойствами быстрорежущей стали. Был разработан способ контроля температуры закалки с получением полигонизованного аустенитного зерна, который позволил повысить качество термической обработки инструмента. Показано, что основной причиной рекристаллизации аустенита является наклеп за счет растворения вторичных карбидов. В настоящее время продолжается разработка сталей с высоким содержанием хрома, молибдена, ванадия, кобальта и изыскание их оптимальных композиций. Например, сообщается о «новом поколении инструментальных сталей» Австрии. Это «новое поколение» предусматривает на следующие 20 лет дальнейшие усложнения легирования и существенное увеличение количества легирующих добавок.

В области инструментальных сталей так же работает принцип создания, в основу которого закладывается метод проб и ошибок. Неожиданным направлением явились работы, в которых при большом содержании сильных карбидообразователей применяется очень низкое содержание углерода. Так, Ю.А. Геллером и В.А. Бростремом были рекомендованы стали с очень низким содержанием углерода и высоким содержанием вольфрама, кобальта и молибдена (%):

Они имеют после закалки и отпуска довольно высокую твердость – 68-70 HRC и повышенную красностойкость до 700°C. Микроструктура стали после закалки и отпуска представляет собой безуглеродистый мартенсит с небольшим количеством карбидов титана и ванадия и с большим содержанием интерметаллидов (Co, Fe)₇W₆, которые являются основными упрочнителями стали, создающими высокую твердость и красностойкость.

До настоящего времени существует представление о мартенсите как о пересыщенном твердом растворе углерода в a-железе, и непонятным, и очень сомнительным является определение красностойкости и твердости, обусловленных наличием только интерметаллидов. Если основа «безуглеродистый мартенсит» будет малопрочной, то ни о какой высокой твердости говорить не приходится. Здесь, видимо, безуглеродистый мартенсит имеет высокую твердость, и общая твердость стали создается не только интерметаллидами, но и этим мартенситом. Поскольку известно большое количество образований мартенсита без углерода вообще и есть основания утверждать, что это широкий класс явлений, встречающихся как в металлических, так и в неметаллических твердых телах, то необходимо другое определение мартенсита. Здесь впервые предлагается следующая формулировка мартенсита: мартенсит – это пересыщенный твердый раствор элементов внедрения в металлической основе. Под элементами внедрения следует иметь в виду углерод, азот и кислород. Эти три элемента являются основой всех последующих.

Имеется большое количество сведений о сильном раздельном или совместном влиянии водорода, азота и кислорода на свойства железа и стали. Если обратиться к начальным сведениям о взаимодействии водорода с элементами, составляющими быстрорежущую сталь, то можно сделать вывод, что все они, в большей ил меньшей степени, содержат водород, который, естественно, будет как равноправный легирующий элемент оказывать влияние на свойства инструмента.

Объяснить роль некарбидообразующих элементов (3d-элементы – кобальт, никель) довольно трудно. Традиционное обращение к кобальту и никелю, которые не образуют карбиды в стали, но очень сильно уменьшают размер зерна и оказывают часто решающее влияние на свойства стали, не укладываются в общие закономерности влияния легирующих элементов. Эти закономерности, прежде всего, предусматривают разделение легирующих элементов на карбидообразующие и некарбидообразующие, ферритообразующие и аустенитообразующие. Прочностные свойства при обычных и повышенных (жаропрочность, теплостойкость, красностойкость) температурах связываются с карбидообразованием. Тогда совершенно непонятным остается сильное влияние некарбидообразующего кобальта при его содержании 5-8%, причем кобальт повышает как теплостойкость (до 645-650°С), так и теплопроводность - на 20-25%. Стойкость инструмента возрастает: в 2-4 раза (по сравнению со сталью Р18) при резании аустенитных сплавов и инструментальных сталей повышенной твердости (HRC 35-45). Ю. А. Геллер также отмечает сложность и малую изученность природы влияния кобальта. Возможно, это обусловлено увеличением растворимости водорода в переходных 3d-металлах при движении слева направо в периодической системе элементов Д. И. Менделеева. Без представления о кобальте и никеле как об элементах - носителях водорода любое объяснение их необычного влияния на свойства стали будет несправедливым.