Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

и науглероженным аустенитом. Такая постановка вопроса кажет­ ся, на первый взгляд, естественной, если иметь в виду, что диффузия углерода является фактором, контролирующим скорость аустени­ зации стали. В данном случае в связи с большими (разумеется в микромасштабах) путями диффузии через поля избыточной фазы это тем более должно проявиться. Иными словами, возникает принци­ пиальная возможность бездиффузионного образования малоугле­ родистого аустенита из избыточного феррита. Такой подход не лишен оснований, однако точный ответ на этот вопрос может быть получен

го аустенита не убедительны и могут привести к ошибочным вы­ водам. Результаты, полученные в этой работе, не совпадают с дан­

ными прямых концентрационных исследовании аустенита в межкри­ тическом интервале температур малоуглеродистой стали [75, 76].

Альбуттом и Гарбером [34] обнаружен эффект образования аусте­ нита в стали 45 при температуре около 1100° С и скорости нагре­ ва до 1000 град/сек. Затем при скоростях, превышающих 1200 град/сек, критическая точка стали, по их данным, снижается до 900° С, что рассматривается ими как признак перехода к бездиффузионному механизму превращения. Подобные результаты обсуждались и ранее и, на наш взгляд, являются следствием определенных методических упущений в применявшейся экспериментальной технике.

Фундаментальные исследования по скоростной аустенизации доэвтектоидных сталей выполнены И. Н. Кддиным [25, 77—80], а также Шмидтманом и Брандисом [81 ] .

Аустенизация доэвтектоидной стали 45 в различных структурных состояниях подробно изучалась нами при нагреве со скоростями от 20 до 7000 град/сек [75, 821. В основу исследований был положен

известный метод построения диаграмм температурно-временных ус­ ловий аустенизации.

Дилатограмма скоростного нагрева стали 45 существенно зави­ сит от вида исходного структурного состояния нагреваемой стадией

б

скорости нагрева (рис. 26, 27). При нагреве отожженной стали / удается четко разделить два дилатометрических эффекта: первый (ас на рис. 26) означает превращение эвтектоидных колоний в аусте­ нит, второй (db) — растворение структурно-свободного феррита в образовавшемся аустените. На рис. 27, б показана постепенная ло-

кализация фазовых превращений при увеличении скорости нагрева в перлитных и ферритных участках. Для удобства назовем их соот­ ветственно перлитным и ферритным превращениями. На рис. 26 для сравнения приведены дилатограммы нагрева улучшенной—2 и закаленной — 3 сталей. Как видим, в обоих случаях аустенит об­ разуется в широком интервале температур ab, хотя в закаленной ста< ли имеется небольшой участок изотермического превращения. Эта любопытная особенность свидетельствует о том, что эвтектоидная ре­ акция при аустенизации доэвтектоидной стали протекает даже в том

лельна кривой 4 критической точки чистого железа). Температурный интервал а->у превращения структурно-свободного феррита отож­ женной стали 2, 3 при скоростях нагрева, превышающих200град/сек, накладывается на температуру а -> у превращения чистого железа 4. Температура начала аустенизации ферритной составляющей 2 при скоростях нагрева до 1000 град/сек не регистрируется в виде четкого дилатометрического эффекта сжатия, как при более высоких ско­ ростях нагрева (см. рис. 27, б). Заметим, что температура середины ферритного превращения отожженной стали 45 при скорости нагре­ ва более 200 град/сек и дальнейшем ее увеличении повышается ана­ логично температуре, характерной для начала полиморфного пре­ вращения чистого железа 4 (см. также рис. 1). По-видимому, с увели­ чением скорости нагрева растворение избыточного феррита в аустенит постепенно «подавляется», в результате чего все большая часть фер­ рита перегревается до более высоких температур, при которых соз­ даются термодинамические предпосылки для его бездиффузионного превращения в аустенит, типичного для чистого железа, (разумеется, при температурах выше 905° С). Уже сам по себе факт такого; пере-

том), то он обязательно перегревается в область температур, при ко­ торых оказывается термодинамически возможным его самостоятель­ ное бездиффузионное превращение ву-фазу, ноне переходит в метастабильный аустенит. Правда, это справедливо лишь по отношению к ферриту хорошо отожженной стали в равновесном состоянии. Для наклепанного феррита, как и для перлита, существует возмож­ ность образования метастабильного аустенита в области температур ниже Ах. Интервал температур перехода в аустенит закаленной и улучшенной сталей при нагреве с повышающимися скоростями со­ ставляет примерно 50° С (см. рис. 28).

На рис. 29, 30 представлены температурно-временные диаграм­ мы аустенизации стали 45 в различных структурных состояниях. Диаграммы построены при непрерывном нагреве, аналогичном при­ менявшемуся для перлитной стали. Кривые начала и конца перлитной перекристаллизации стали 45 в отожженном состоянии повторяют аналогичную диаграмму для стали У8А, за исключением области небольших перегревов, где заметную роль играет растворение фер­ рита в аустените.

Диаграмма, приведенная на рис. 29, а, несколько отличается от схемы, предложенной И. Н. Кидиным [77] (рис.29,б), в которой за­ вершение перекристаллизации структурно-свободного феррита при температуре точки Аг железа представлено горизонтальной прямой, так как не учитывается повышение температуры бездиффузионной перекристаллизации структурно-свободного феррита.

На диаграмме для улучшенной или закаленной стали (см. рис. 30) видна резкая зависимость кинетики аустенизации от дисперсности карбидной фазы и нет такого четкого разделения на перлитное и ферритное превращение.

Сопоставив эти диаграммы с диаграммами, построенными при использовании внешнего источника тепла [81], можно сделать не­ которые выводы. В свое время Г. Ф. Головин [73 показал, что в диа­ грамме изотермического образования аустенита инкубационный пе­ риод значительно завышен за счет времени прогрева образца в ванне до исследуемой температуры. Поэтому считалось, что предвари­ тельный подогрев образца в ванне до субкритических температур позволит в основном устранить влияние этого неблагоприятного фак­ тора [83]. Однако результаты наших исследований (см. рис. 29,а и 14) свидетельствуют о том, что затягивание процесса аустенизации при изотермической выдержке в ваннах связано не только с нагревом образца до температуры ванны, а и с интенсивностью поступления энергии в реагирующий объем за счет теплопроводности. Тормозящее действие теплопроводности в процессе самого превращения прояв­ ляется гораздо сильнее, чем при прогреве образца до температуры