Austenit Szczątkowy

Opór austenitu przeciw przemianie w martenzyt w procesie hartowania przypisuje się oddziaływaniu dwóch czynników stabilizacji chemicznej powstającej w wyniku segregacji węgla w austenicie w zakresie temperatur Ms Mf oraz stabilizacji dyslokacji mechanicznej, której źródła upatruje się w oddziaływaniu dyslokacji powstającej w wyniku odkształcenia plastycznego austenitu podczas przemiany martnzytycznej [1]. Zakłada się, że przemiana austenitu szczątkowego utrudniona jest przez naprężenia ściskające towarzyszące przemianie martenzytycznej.

Austenit szczątkowy jest nieodłącznym składnikiem strukturalnym hartowanych warstw nawęglanych. Wielkość jego udziału w warstwie zależy od zawartości w niej węgla i składników stopowych (rys. 4.1.1., 4.1.2); zależy również od warunków kinetycznych procesu hartowania, a mianowicie od czasu i temperatury austenizowania.

W temperaturach stosowanych zwykle w procesie odpuszczania warstw nawęglanych austenit szczątkowy nie ulega przemianie (rys. 4.1.3.). Dodatki stopowe w postaci Ni, Si, Al. Utrudniają dyfuzję węgla w austenicie, jak i utrudniają zarodkowanie i wzrost cementytu. Inne dodatki jak Mn i Cr ułatwiają dyfuzję węgla, stąd obecność tych ostatnich dwóch pierwiastków powoduje obniżenie temperatury przemiany austenitu szczątkowego podczas odpuszczania.

W obecności omawianego składnika strukturalnego ulega zmniejszeniu trwałość użytkowanych części maszyn w wyniku jego samoczynnej przemiany wskutek oddziaływania obciążeń roboczych. Nie dotyczy to jednak części z warstwami nawęglanymi, w których udział obszaru o wysokim udziale austenitu szczątkowego w ich przekroju poprzecznym jest zwykle bardzo mały.

Wielkość udziału austenitu szczątkowego w strukturze hartowania charakteryzuje zazwyczaj stopień nasycenia martenzytu węglem. Mimo, że od dawna wiadomo, iż udział austenitu szczątkowego w zakresie niższych stężeń węgla jest proporcjonalny do zawartości tego składnika (rys. 4.1.3.)- pełen charakter tej zależności nie jest dotychczas wyjaśniony [2]. Dotyczy to wyższych zawartości węgla w stali.

W pracach [2 i 3] wykazano, że najwyższe udziały austenitu szczątkowego w strukturze hartowania można uzyskać jedynie przy 0,8+0,95% C. Dalszy wzrost zawartości węgla oznacza obniżanie się stopniowe udziału omawianego składnika strukturalnego.

Między wielkością udziału austenitu szczątkowego w strukturze hartowania a temperaturą Ms istnieją również określone związki. Podobnie jak wzrost stężenia węgla, tak i wzrost udziału austenitu szczątkowego oznacza spadek temperatury Ms (rys. 4.1.4.). Problem zalecanych czy dopuszczalnych udziałów austenitu szczątkowego , Temperaturą Ms, stanem strukturalnym martenzytu oraz stężeniem węgla poruszony został w rozdziale 5.

Problem zalecanych czy dopuszczalnych udziałów austenitu szczątkowego w strefie przypowierzczhniowej warstw nawęglanych, jak azotonawęglanych nie znalazł w literaturze jednoznacznego osądu. Autorzy jednych prac badawczych zalecają ograniczenie udziału austenitu szczątkowego, autorzy innych wskazują na korzystne oddziaływanie jego znacznej obecności w strukturze hartowania, w kształtowaniu wysokich jej właściwości użytkowych. Te rozbieżności opinii wynikają z jednej strony z niedostatków wiedzy o warunkach i mechanizmach kształtujących stan strukturalny i właściwości użytkowe warstw nawęglanych i azotonawęglanych, zaś z drugiej strony w niedostatkach stosowanych metod badawczych. Dotyczy to szczególnie sposobów kształtowania udziałów austenitu szczątkowego w strefie przypowierzchniowej warstw nawęglanych, które nie uwzględniają oddziaływania zmian innych parametrów warstwy, które również wykazują znaczne oddziaływanie na badane właściwości nawęglanych stali, jak: zawartość węgla w strukturach hartowania, skład chemiczny materiału podłoża, wielkość ziarna byłego austenitu, morfologia martenzytu, stan naprężeń własnych itp. Do wytwarzania próbek ze zróżnicowaną zawartością austenitu szczątkowego stosowano takie sposoby, jak: wymrażanie, hartowanie z różnych temperatur, międzyoperacyjne wysokie odpuszczanie (stale Cr-Ni), zmiany składu chemicznego badanych stali.

Przy zastosowaniu takich metod kształtowania udziału austenitu szczątkowego trudno ustalić w sposób jednoznaczny charakter oddziaływania tego składnika strukturalnego na właściwości mechaniczne nawęglanych części maszyn.

---