Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 09.04.2024

Просмотров: 236

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

 

Таким

образом,

идентичность

кинетики

аустенизации

сталей,

 

в которых в одних условиях (закаленное

состояние)

происходит

 

восстановление зерна, а в других (высокоотпущенноеили деформи­

 

рованное состояние) оно не наблюдается,

позволяет

 

утверждать,

 

что в скорости и температурно-временных

условиях

 

образования

 

аустенита существенных различий нет. Общие кинетические зако­

 

номерности аустенизации аналогичны закономерностям обычных

 

диффузионно-флуктуационных фазовых превращений в углеродистых

 

сталях. В связи с этим возникает сомнение, можно ли приписы­

 

вать явлению восстановления зерна специфический «бездиффузион­

 

ный», или «мартенситный», характер. О невозможности

сдвигового

 

характера превращения свидетельствует четкая изотермическая пло­

 

щадка на кривой нагрева стали 4X13, а бездиффузионного — несом­

 

ненные признаки

распада мартенсита

(I и I I I эффекты

отпуска).

 

Нельзя также согласиться с тем, что основной причиной после­

 

дующей рекристаллизации восстановленного зерна является фазовый

 

наклеп,

поскольку

рекристаллизация

наблюдается

 

в

аустени-

 

те, восстановленном при медленном нагреве. При) медленном нагре­

 

ве фазовый наклеп неизмеримо слабее, чем при ускоренном (не очень

 

быстром),

когда восстановление зерна и его рекристаллизация не

 

наблюдаются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Все эти противоречия заставляют искать иное объяснение наблю­

 

даемого восстановления зерна и его рекристаллизации при нагреве

 

кристаллографически упорядоченных структур некоторых легиро­

 

ванных сталей.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Очевидно, можно

считать, что для восстановления

аустенитного

 

зерна необходима

внутризеренная текстура,

т. е. стойкая

кристал­

 

лографическая упорядоченность зерна. Но следует признать и тот

 

экспериментально

установленный

факт,

что

внутризеренная

тек­

 

стура вполне устойчиво может передаваться от а- к у-фазе флуктуа-

 

ционным путем. Вообще говоря, в этом нет ничего неожиданного:

 

ориентированное зарождение новых фаз термодинамически выгоднее

 

случайного и поэтому является скорее правилом, чем исключением.

 

Но почему ориентированное зарождение аустенита в текстурованном

 

зерне (внутризеренной текстуре)

происходит только при очень

мед­

 

ленном или очень быстром нагреве и не происходит при умеренном

 

нагреве? Почему зерно восстанавливается только в легированных,

 

преимущественно доэвтектоидных сталях? Ответ на эти вопросы, ве­

 

роятно, кроется, как это ни неожиданно, в состоянии феррито-кар-

 

бидной смеси нагреваемой стали. От рекристаллизации феррита в

 

докритической области или в межкритическом интервале зависит

 

возможность рекристаллизации аустенита

в

высокотемпературной

 

области. В работе [111] было высказано мнение, что фазовый на­

 

клеп при а -> у переходе не может быть причиной рекристаллизации

 

аустенита, а также

предположение,

что

рекристаллизация вызы­

 

вается наклепом, оставшимся от предварительной закалки (вспомним,

 

что восстанавливается только сталь, предварительно закаленная на

78

мартенсит или бейнит). Вполне естественно, что после

фазового

на-

клепа (при закалке) сталь обязательно должна когда-нибудь рекристаллизоваться. Но рекристаллизация может произойти либо при предварительной термической обработке (улучшение, отжиг), либо при нагреве закаленной стали еще в области температур до а->у превращения. Тогда в области у-фазы она не произойдет, как не произойдет и восстановление зерна. Очевидно, поэтому не рекристаллизуются улучшенные или отожженные стали при любых скорос­ тях нагрева. Но если по каким-либо причинам (быстрый нагрев или сильное легирование) феррит не рекристаллизовался в докритической области, т. е. кристаллографически упорядоченная внутризеренная текстура сохранялась до температур а -> у превращения, то вследствие ориентированного превращения происходит восстанов­ ление зерна, унаследовавшего вместе с кристаллографией и дефект­ ность структуры феррита, и образовавшийся аустенит неизбежно должен рекристаллизоваться при дальнейшем нагреве до определен­ ной области температур. В этой простой и, на наш взгляд, логичной схеме не объяснены только два принципиальных вопроса: почему восстановление зерна происходит только в легированных, преимуще­ ственно доэвтектоидных сталях, и почему зерно восстанавливается лишь при быстром и очень медленном нагревах и не восстанавливает­ ся при умеренном нагреве.

По второму вопросу интересные соображения высказаны

в

ра­

 

ботах [112, 113]. Экспериментально показано, что при умеренном

 

нагреве феррит рекристаллизуется интенсивнее, чем при медленном

 

нагреве, что, вообще говоря, весьма неожиданно. Особенность этой

 

рекристаллизации состоит в том, что она происходит в межкритиче­

 

ском интервале температур А± — Л 3 . При помощи измерений

микро­

 

твердости и рентгеновских линий в этих работах установлено, что

 

при быстром (200 град/сек) и очень медленном (1 град/мин)

нагревах

 

закаленной стали 15Х1М1Ф вплоть до температуры конца аустени-

 

тообразования Аса а-фаза не рекристаллизуется, но при

умеренном

 

нагреве (100 град/мин)

рекристаллизация

проявляется

очень хо­

 

рошо, и именно в двухфазной области диаграммы состояния. По по­

 

воду объяснения этой особенности высказываются

два

предполо­

 

жения: при медленном нагреве аустенит образуется равномерно по

 

всему образцу, что должно приводить к равномерному распределению

 

фазового наклепа по реагирующей ферритной матрице. При ускорен­

 

ном нагреве аустенитное превращение «локализуется в отдельных

 

местах», поэтому [113] участки феррита, примыкающие непосред­

 

ственно к областям образовавшейся у-фазы, больше

наклёпываются,

 

чем отдаленные участки. Неравномерность

наклепа

является

обяза­

 

тельным условием рекристаллизации [114]. Именно неравномер­

 

ностью наклепа [115] обусловливается рекристаллизация при уско­

 

ренном нагреве. Другим фактором, объясняющим отсутствие

рекри­

 

сталлизации при медленном нагреве, можно считать прошедшую

в

 

докритическом интервале температур полигонизацию а-фазы, кото­

 

рая приводит к смещению рекристаллизации в область более высо­

79

ких температуру! 114,

115]. С такой трактовкой причин

указанного

явления в целом можно согласиться. Однако необходимо заметить, что едва ли можно считать равномерность фазового наклепа фактором, обусловливающим отсутствие рекристаллизации а-фазы в межкрити­ ческом интервале температур. Скорее всего, при столь медленном нагреве фазовый наклеп весьма мал. При ускоренном и тем более быстром нагревах фазовый наклеп, достигая значительной величины в процессе а ->• у превращения, по-видимому, может в какой-то мере интенсифицировать рекристаллизацию феррита, но основной причи­ ной рекристаллизации все же остается наклеп от закалки. Следо­ вательно, очевидно, дело не в равномерности или неравномерности

 

 

 

 

 

 

 

 

процесса

аустенизации.

 

 

 

 

3

 

 

\АС,

\АС3

Справедливость

вывода

о поли-

 

 

 

гонизации а-фазы,

как о

факторе

 

 

 

 

 

 

 

250

2

 

 

 

 

 

 

предупреждающем

ее рекристаллн

 

 

 

 

 

 

зацию

в межкритическом

интерва

 

 

 

 

 

 

 

200

 

 

 

 

 

 

 

ле температур

при

медленном

на

 

 

 

 

 

 

 

греве закаленных сталей, подтверж

 

—-°—о_

 

—о

 

 

дается данными работы [113] (рис. 47)

150

 

 

 

 

 

 

Микротвердость а-фазы при медлен

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I

^

 

 

ном нагреве /

фиксируется

сразу

100

 

 

 

 

 

на более низком уровне, чем при

 

 

 

!

 

|

 

умеренном нагреве 2, что согласует­

 

 

 

 

 

 

ся с предположением о прошедшей

600

700

 

 

 

900

 

t'C

 

 

 

 

полигонизации,

которая,

как

из­

Рис. 47.

Изменение микротвердости

вестно, в металлах с ОЦК решеткой

а-фазы при нагреве [113]:

 

 

играет большую роль в разупрочне­

/ — медленный

( f H

=

1 град/мин),

2

—

нии [116, 117]. В межкритическом

ускоренный ( и н

=

100

град/мин) и

3

—

интервале

кривая 2 проходит

ниже

быстрый

(£>н =

200

град/сек)

нагрев.

 

кривой /, так как произошло более

 

 

 

 

 

 

 

 

полное разупрочнение а-фазы

за

счет полигонизации

(насколько

можно

судить

по

микротвердости)

и рекристаллизации

(подтверждается

рентгенографически).

 

 

Таким образом, нагрев закаленной стали в область межкритиче­ ского интервала температур ускоряет разупрочнение только в том случае, когда фазовый наклеп феррита стимулирует его полигонизацию в области температур Ах — А3. Следует подчеркнуть, что, по-видимому, быстрому протеканию процессов разупрочнения фер­ рита в межкритическом интервале температур способствует состоя­ ние метастабильности а-фазы в двухфазной а + у области доэвтектоидной стали, так как в момент развития фазовых превращений стимулируются процессы разупрочнения, снятия напряжений, перемещения дислокаций и т. п.

В свете всего изложенного выше ясной становится роль легиро­ вания стали в процессе восстановления зерна. Легирующие элемен­ ты, как правило, задерживают процессы полигонизации и рекри­ сталлизации а-фазы [117], сохраняя внутризеренную текстуру до критического интервала температур даже при очень медленном на-

80 греве. Поэтому в углеродистых сталях восстановление зерна и рекри-

сталлизация аустенита не наблюдаются, хотя в принципе можно было бы ожидать, что при сверхбыстром нагреве, обеспечивающем устой­ чивое сохранение внутризеренной текстуры до температур образо­ вания аустенита, восстановления зерна можно добиться. В. Д. Са­ довскому и Б. К. Соколову это удалось сделать [102], нагревая за­ каленную сталь 40 со скоростью 200 ООО град/сек.

Остается невыясненным вопрос, почему указанные особенности аустенизации проявляются преимущественно в доэвтектоидных ста­ лях. Пока можно только предположить, что устойчивость внутри­

зеренной текстуры феррита понижается с увеличением

количества

карбидной фазы.

'

Итак, в самой общей форме суть рассмотренных явлений в стали можно кратко сформулировать следующим образом: восстановление зерна и рекристаллизация аустенита стали определяются рекристаллизационными процессами, обусловленными главным образом фа­ зовым наклепом при закалке. ;

В заключение отметим, что в этой схеме превращения для до­ стоверности следует подтвердить, при помощи прямых методов электронномикроскопического наблюдения, наличие или отсутствие эф­ фектов полигонизации или рекристаллизации обработки в ферритной матрице при различных скоростях нагрева и непосредственно связать эти процессы с появлением восстановленного или рекристаллизованного аустенитного зерна. Остальные моменты схемы достаточно надежно обоснованы.

ВЛИЯНИЕ ХОЛОДНОЙ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ НА АУСТЕНИЗАЦИЮ СТАЛИ

При рассмотрении скоростной аустенизации углеродистых сталей было показано, как влияет структура стали, полученная при терми­ ческой обработке (в частности, дисперсность феррито-цементитной смеси) на кинетику этого процесса. Но структура стали изменяется не только при термической обработке. Хорошо известно, что холодная пластическая деформация металлов и сплавов сопровождается весь­ ма значительными внутренними изменениями: возрастает плотность дислокаций и вакансий, зерна дробятся на отдельные фрагменты, вытянутые по оси деформации, в однородных сплавах образуется чаще всего упорядоченная дислокационная структура в виде доволь­ но чистых от дислокаций ячеек матрицы, обрамленных клубками пе­ репутанных дислокаций (ячеистая структура) [118], появляется боль­ шое количество дефектов более крупного масштаба — микротрещи­ ны [119] и субмикротрещины, т. е. трещины толщиной в несколько периодов решетки, находящиеся в упругом равновесии под дей­ ствием окружающих напряжений [1203, и, наконец, возникают поля макроскопических упругих напряжений (I рода), достигающие по­ рой весьма больших значений [1213.

6 3-2110

Смотрите также файлы