8.4 Влияние азота на свойства стали

Процессы дисперсионного выделения

Влияние малых количеств азота на свойства стали обусловлено воз­можностью дисперсионного твердения. Выделение азота из железа под­чиняется в основном тем же закономерностям, что и выделение углерода. Различие, наряду с различной скоростью диффузии, вызвано тем, что максимальная растворимость азота в α-железе больше (0,10%), чем углерода (0,018%), а температура максимальной раство­римости азота равна 585 против 725° С для углерода.

Старение

При старении после закалки («Abschreckalterung») действие уг­лерода и азота в чистых железоуг­леродистых и железоазотистых спла­вах одинаково (рис.25). Однако при добавке других легирующих элементов этот процесс несколько видоизменяется. Например, марга­нец не оказывает никакого влияния на старение за счет углерода, тогда как при 0,5% Мn старение, вызывае­мое азотом, устраняется.

В соответствии с этим основа­ние кривой внутреннего трения для сплава с азотом расширяется, мак­симум на кривой сдвигается в сто­рону высоких температур, и даже после трехчасового отпуска при 100° С наблюдается его тельное снижение.

При механическом старении («Reckalterung») чистые железоуглеро­дистые и железоазотистые сплавы обнаруживают различия. При выделении нитридов твердость достигает максимума при 50°С уже через 2 ч, в то время как под влиянием углерода при 50° С за 2 ч твердость еще не повышается, а максимума она достигает только при 200° С. Таким образом, проявляется влияние различной растворимости азота и угле рода при комнатной температуре.

Эти факты наряду с высокой скоростью диффузии азота в стали дают основание приписывать старение сталей главным образом влия­нию азота.

Синеломкость обусловливается главным образом со­держанием азота. Даже в железе с 0,04% С наблюдается незначительное повышение предела прочности при 100—250° С; в железе с 0,02% N этот эффект выражен значительно сильнее. Также отчетливо проявляется влияние азота на ударной вяз­кости, хотя вследствие большой скорости деформации падение вязкости проявляется при более высокой температуре. Повышение предела прочности при температуре синего цвета побежалости начинает­ся уже при очень малой концентрации азота (в растворе), наивысшего значения он достигает при 0,01% N. Дальнейшее повышение содержания азота уже не ведет к повышению прочности. При повышенном же со­держании углерода (>0,2%) можно еще наблюдать повышение проч­ности при содержании азота сверх 0,01%. Однако и в сплавах, не содер­жащих азота, углерод также может вызвать при повышенных тем­пературах хрупкость, аналогичную охрупчиванию при механическом старении

Рис. 25. Влияние углерода, азота и кислорода на изменение твердости чистого железа после различной термообработки:

a:1 — после нормализации; 2 — после закалки с 720° С в воде; 3 — после двухчасового отжига; б: 1 — после нормализации; 2 — после закалки с 750° С в воде; 3 — после двухчасового отжига; 4 — после закалки с 580° С в воде

В

следствие совпадения причин, вызывающих механическое старение и синеломкость, можно просто определять склонность к механическому старению посредством измерения твердости в интервале от комнатной температуры до 300° С.

Максимальное по­вышение твердости различно для марок стали, имеющих различную склонность к старению. Связь этого повышения твердости с содержани­ем азота иллюстрируется рис. 26. Этот рисунок подтверждает, что для эффективной борьбы с механическим старением неуспокоенных сталей содержание азота должно быть меньше 0,005% .Обведенные чертой зна­чения для групп Вк

характеризуют добавочное, хотя и крайне незначительное, влияние

Рис. 26. Максимальная разность в твер­дости при высокотемпературном испытании для сталей в зависи­мости от содержания азота

углерода на твердость, так как образцы были с со­держанием углерода <0,01% - поэтому прирост их твердости несколько меньше. Особенно слабый прирост твердости показывают стали Mb и МА, в которых азот связан и взаимодействие его атомов с дислока­циями устранено. Если, однако, эти стали нагреть выше 1000°С, когда нитриды перейдут в раствор, и затем быстро охладить, то повышение твердости будет наблюдаться также при 200—250° С.