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: 237

Скачиваний: 0

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

Все эти искажения структуры повышают внутреннюю свободную энергию сплава, избыток которой для стали, например, при степени

деформации около 90% (волочением,

прокаткой)

может составлять

весьма

большую

величину — до 10 кал!г [122],

вполне сопостави­

мую со

скрытой

энергией фазового

перехода

перлит — аустенит

(12,3 кал/г [123]). Столь сильное энергетическое воздействие пласти­ ческой деформации на сплав может вызвать в нем изменение кине­ тики процессов фазовых превращений.

Большие изменения при деформации стали претерпевает кар­ бидная фаза, причем характер изменений неодинаков у карбидов

глобулярной

и пластинчатой

форм.

В то время

как

равноосные

 

 

 

 

глобули

цементита

при плас­

t°C

 

 

 

тической

деформации прокат­

 

 

 

 

кой или волочением в основ­

 

 

 

 

ном не изменяют своей формы

 

 

 

 

[124],

цементит

пластинчатой

 

 

 

 

формы

деформируется вместе

 

 

 

 

с матрицей, дробится на фраг­

 

 

 

 

менты, удлиняется в продоль­

Рис. 48.

Влияние деформации и скорости

ном и утончается в поперечном

нагрева на температуру критической

точ­

направлении.

Межцементит-

ки Ас3

чистого

железа:

(94%)

ные промежутки в

феррите а(

/ — о т о ж ж е н н о е ,

2 — д е ф о р м и р о в а н н о е

уменьшаются

при

волочении

исходные

с о с т о я н и я .

 

пропорционально уменьшению диаметра проволоки [54, 118]. Наблюдалось [124—127] уменьшение количества цементита при деформации стали, что можно было объяс­ нить частичным разрушением цементита и переходом углерода в твер­ дый раствор, где он образует сегрегации на дислокациях или весь­ ма мелкие графитные выделения. Изменения карбидной фазы и диспергирование перлита не могут не отразиться на кинетических условиях аустенизации деформированной стали.

В целом воздействие пластической деформации на аустенизацию стали — весьма сложное явление. С формально термодинамической точки зрения его можно описать так: запасенная энергия деформа­ ции повышает внутреннюю свободную энергию феррито-карбидной смеси, вследствие чего может измениться положение точки фазового перехода Ах. Снижение температурных интервалов аустенизации является также следствием ускорения кинетики превращения в ре­ зультате измельчения структуры стали при деформации.

Рассмотрим результаты экспериментальных исследований по влиянию деформации на процессы образования аустенита. В работе [128] изучались критические точки, температурные интервалы аусте­ низации и величины дилатометрических эффектов A / a - v железа, сплавов железа с кобальтом и стали У8 при нагреве со скоростями

от 30 до 10 ООО град/сек.

Исследовавшиеся образцы были предвари­

тельно деформированы

волочением до различных степеней обжатия.

Установлено,

что зависимость инструментальной критической точ­

ки железа Аса,

деформированного с обжатием 94%, от скорости на-

грева в общем носит такой же характер, как и аналогичная зависи­ мость для отожженного железа (рис. 48), но кривая смещена вниз по температурной шкале на 15—20° С.

На рис. 49 приведены результаты определения критической точки и величины дилатометрического эффекта —j— в зависимости от

скорости нагрева для отожженных и деформированных сплавов же­ леза с кобальтом. Можно отметить следующие закономерности этой зависимости.

0

 

2

4

6 8Ю3

2

4

6 8 Ю* 2

4

6

8 Ю3 2

v„,epad/ceit

 

 

 

 

а

 

 

 

 

 

 

б

 

 

Рис.

49.

Влияние деформации

и скорости нагрева

на температуру

образо-

вания

аустенита

и дилатометрический

эффект

- j —

превращения а -> у в

сплавах

железо — кобальт:

 

 

 

 

 

 

 

 

а — Fe +

8%

Со,

б — Fe +

15%

Со;

/ , 2

—. соответственно о т о ж ж е н н о е

и

д е ф о р .

мированное (93%)

и с х о д н ы е

с о с т о я н и я .

 

 

 

 

 

 

1. Во всех случаях предварительная пластическая деформация приводит к снижению температуры образования аустенита, однако нри скоростях нагрева, составляющих сотни градусов в секунду и выше, критическая точка фиксируется не ниже равновесной темпе­ ратуры фазового перехода.

2.При скорости нагрева выше 30—50 град/сек повышается тем­ пература а -> у превращения, однако темп этого роста в деформи­ рованных сплавах ниже, чем в отожженных.

3.В деформированных сплавах а ->- у превращение «растягива­ ется» на значительный температурный интервал, увеличивающийся при повышении скорости нагрева, в то время как в отожженных сплавах превращение, как правило, происходит в очень небольшом

интервале температур (в пределах изотермической площадки).

4. При увеличении скорости нагрева деформированного

железа

и сплавов железа с кобальтом в момент а ->- у превращения

увели­

чивается дилатометрический эффект сжатия (см. рис. 49); в отож­ женных сплавах этот эффект уменьшается вследствие повышения

температуры а -> у превращения за счет перегрева (поэтому при­ чины его возрастания в деформированных сплавах не ясны).

Остановимся более подробно на четвертой особенности аустенит зации деформированных сплавов. На рис. 50 хорошо видно, что с уве­ личением степени деформации величина дилатометрического эф­ фекта весьма быстро растет (при постоянной скорости нагрева), но еще быстрее растет величина «чистого прироста» дилатометри­ ческого эффекта — разность между эффектами в деформированной

 

 

 

и отожженной стали

при одинако­

 

2

 

вых температурах а -> у превраще­

920

 

ния.

Как видим,

чистый

прирост

 

 

 

 

дилатометрического

эффекта

уве­

 

 

 

 

 

 

личивается до деформации

40—

 

 

 

50%

и стабилизируется.

Анало­

 

 

 

гично

происходит

снижение

кри­

0,4

7 _

тической точки: быстрый

вначале

 

е, кал/г

 

 

 

 

 

2

 

 

 

 

 

0,1

 

9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

0,12 г

1 — - г

'

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

opsг 1—х—

ОМ /

20 АО 60 60

6

Рис. 50. Влияние пластической де­ формации на процесс образования аустенита в сплавах железо — ко­ бальт (vB = 3000 град/сек):

а— изменение температуры а •+ V пре ­ в р а щ е н и я , б — изменение дилатометри ­

ческого

эффекта

п р е в р а щ е н и я , в —

чистый

прирост

дилатометрического

аффекта;

/ — Fe +

15% Со, 2 — Fe +

+8% Со.

2•

г***** 3

10 20 30 АО 50 60_J0 efap,%

Рис. 51. Зависимость энергии на­ клепа стали 70 от степени дефор­ мации;

/ — без п р е д в а р и т е л ь н о г о о т ж и г а ,

2 —

при

предварительном

о т ж и г е д о 650" Q

( о н

=

1200

град/сек),

3 — при предва^

рительном

о т ж и г е д о

650° С ( о н

=

«= 70

град/сек).

 

 

темп снижения постепенно затухает. Снижение критической точки и увеличение дилатометрического эффекта отмечались также в спла­ вах железо — хром и железо — кремний [39]. Что касается роли кобальта в этих эффектах, то можно отметить, что в сплаве с 8% кобальта прирост дилатометрического эффекта заметно больше, чем в сплаве с 15% кобальта [128]. В обоих случаях наблюдается насыщение прироста дилатометрического эффекта с увеличением степени деформации. Можно полагать, что стабилизация эффекта

связана с характером накопления запасенной энергии 8 при дефор­ мации стали [129] (рис. 51), а также других сплавов [130]. Кроме того, она хотя бы частично может быть обусловлена релаксацией не­ которой части наклепа в процессе быстрого нагрева до температуры

фазового превращения, которая

t,x

 

 

 

 

 

 

проявляется тем больше, чем вы­

 

 

 

 

2

/

ше степень деформации.

 

860

 

 

 

 

 

 

 

 

 

"У

Подобная картина наблюдает­

840

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ся в углеродистых сталях [128,

820

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/

131—134]. При повышении

ско­

800

 

 

 

 

II

рости нагрева

критическая

тем­

 

 

 

 

 

 

пература аустенизации сильно- 780

 

 

 

 

 

 

деформированной стали У8 с гру­

760

 

 

 

 

 

 

бозернистым

перлитом

менее

 

6 8Юг 2

4

6 8I03

ун,град/сек

интенсивно растет, чем темпера­

Рис. 52. Влияние пластической дефор­

тура

аустенизации

отожженной

мации и скорости

нагрева

на темпера­

стали

(рис.

52).

Критическая

турные

интервалы

аустенизации

ста­

точка

при высоких степенях на­

ли

У8:

соответственно

о т о ж ж е н н о е

( з е р ­

клепа снижается до критической

/ ,

/ / —

нистый

перлит) и д е ф о р м и р о в а н н о е

(84%)

точки закаленных

сталей. Одно-

исходные с о с т о я н и я ;

/ , 2 — соответственно

.временно заметно увеличивается

начало и конец превращения .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

температурный интервал аустенизации, чем деформированная сталь существенно отличается от закаленной, в которой превращение всегда проявляется в виде четкой термической площадки. На рис. 53 показана закономерность снижения температурных интервалов ау­ стенизации при деформации отожженной стали У8. Интересно отме­

t;c

 

 

 

 

 

тить

тенденцию

к

некоторому

 

 

 

 

 

росту температуры

превращения

840

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

максимальной

степени

де­

820

к.

•

 

2

•

формации (93%).

 

 

 

800\

 

Предварительная пластичес­

1

 

 

1

 

 

 

 

кая деформация

доэвтектоидной

780

 

 

 

 

 

 

 

стали

в целом

не

изменяет

об­

0

10

20 30 40 50 60 70

80

екф1

щую схему аустенитного превра­

Рис. 53.

Влияние степени деформации

щения, описанную выше, хотя в

на

температуру

аустенизации

стали

этом случае процесс фазовой пе­

У8

с зернистым

цементитом

(va

=

=> 2000

град/сек):

 

 

 

рекристаллизации

а -> у проте­

1,2

— соответственно начало и конец

пре­

кает при более

низкой темпера­

вращения .

 

 

 

 

туре. Это различие

проявляется

 

 

 

 

 

 

тем больше, чем выше скорость нагрева

и степень

предварительной

деформации [133].

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 54 показано начало образования аустенита в перлитной и ферритной составляющих сталей с 0,17; 0,31; 0,46 и 0,73% углерода после деформации с различным суммарным обжатием. Положение температурного уровня перлитной части превращения во всех этих сталях почти совпадает. Температура его начала зависит только от степени деформации и скорости нагрева, хотя влияние содержания углерода не обнаружено (рис. 55). В интервале изученных скоростей

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 54.

Критические точки де­

 

 

 

 

 

 

 

формированных

доэвтектоидных

 

 

 

 

 

 

 

сталей с / — 0,17; 2 — 0,31; 3 —

 

 

 

 

 

 

 

0,46 и 4 — 0,73%

углерода:

 

 

 

 

 

 

 

 

а,

б — и с х о д н о е

состояние

перед

 

 

 

 

 

 

 

д е ф о р м а ц и е й

— о т п у с к

при 650° С,

 

 

 

 

 

 

 

в, г, — и с х о д н о е с о с т о я н и е п е р е д

 

 

 

 

 

 

 

деформацией

— отжиг; а, в — vH

.=

 

 

 

 

 

 

 

=

100

 

град/сек,

I,

б,

г

— о н

=

 

 

 

 

 

 

 

=

2000

град/сек;

II

—

соответ­

 

 

 

 

 

 

 

ственно

начало и конец

а -* у

пре­

 

 

 

 

 

 

 

вращения .

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

нагрева

не наблюдалось и

 

 

 

 

 

 

 

влияние

исходной

перед

 

 

 

 

 

 

 

деформацией структуры (от­

 

 

 

 

 

 

 

пуск,

отжиг). Температура

 

 

 

 

 

 

 

ферритного

превращения

 

 

 

 

 

 

 

зависит от содержания

уг­

 

 

 

 

 

 

 

лерода

в

соответствии

с

 

 

 

 

 

 

 

диаграммой

железо — це­

 

 

 

 

 

 

 

ментит, она тем выше, чем

 

20 40 60

80

20 40 60

80 Efctp,% меньше

углерода

в

стали,

 

8

 

 

2

 

 

но изменение

это происхо-

дит

по-разному

у

отожженной

и

отпущенной

стали.

При

боль­

ших

скоростях

нагрева (более

1000 град/сек)

температура феррит­

ного

превращения в деформированной

стали

с 0,17%

углерода

в

основном соответствует температуре Ас3

деформированного

чисто­

го железа [133]. Следовательно,

при больших

скоростях

нагрева,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

„/

 

 

 

 

 

 

 

 

/ -

 

 

 

—•'

 

 

-/

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2"

 

 

 

 

 

 

 

•//

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3 "•

 

 

 

 

 

 

ч

 

 

 

 

 

 

 

 

 

z'J-27.:

 

 

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

 

 

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 3

 

2 4

6 8Юг

2

 

4 6 8Ю3

у„л

 

 

Рис. 55. Влияние скорости нагрева на положение критических точек доэв­

 

тектоидных сталей:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а,

б — соответственно

о т о ж ж е н н о е и о т п у щ е н н о е

исходные состояния

(отпуск

при

 

650° С); / , / / — соответственно

д о и после

(70%) деформации; / , 2,

3,

4 — с о д е р ­

 

 

ж а н и е углерода

соответственно

0,17; 0,31;

0,46;

0,73%; штриховкой

отмечено на ­

 

 

чало перлитного

п р е в р а щ е н и я ,

л и н и я м и — конец ферритного

превращения .

 

 

 

Смотрите также файлы