Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2024
Просмотров: 241
Скачиваний: 0
когда процесс не осложняется растворением феррита в аустените, влияние пластической деформации на фазовую перекристаллизацию в доэвтектоидных сталях можно рассматривать как суперпозицию фазовых превращений деформированных перлита и феррита.
Итак, влияние пластической деформации на процессы образова ния аустенита весьма значительно. При этом, с одной стороны, сни жается температурный интервал превращения, а с другой — увели чивается дилатометрический эффект. Непосредственной причиной •снижения температурного интервала аустенизации можно считать
.изменение структурно-кинетических условий превращения вслед ствие резкого уменьшения работы образования зародыша за счет увеличения числа дефектных мест в решетке, на которых возможно зарождение аустенита [72, 73].
Выше было показано, что кинетическая формула (37) достаточ но хорошо количественно описывает зависимость изменения кри тической точки эвтектоидной стали от скорости нагрева. Поскольку в ней непосредственно учитывается влияние структуры на критиче скую точку, можно использовать расчетный анализ для объяснения природы снижения критической точки в зависимости от степени деформации. В нашем эксперименте [135] образцы из стали 70 со структурой зернистого цементита и тонкопластинчатого перлита бы ли предварительно деформированы с различной степенью обжатия. На комплексной установке [136] измерялись критическая точка и величина температурного интервала аустенизации при скоростях нагрева 1200; 600 и 70 град /сек. Параллельно на высокочувствитель ном дифференциальном калориметре определялась величина запа сенной энергии наклепа [137]. Так как в процессе быстрого нагрева до температуры аустенизации неизбежна частичная релаксация запасенной энергии, то определялась величина энергии, остающейся в образце к началу а у превращения. С этой целью деформирован ные образцы нагревались со скоростью 70 и 1200 град/сек до темпе ратуры 650—670° С, охлаждались на воздухе, а затем повторно на гревались в калориметре, где определялась оставшаяся запасенная энергия.
На рис. 56 приведены критические интервалы (начало и конец) превращения в стали 70. Снижение критической точки при повыше нии степени деформации можно представить как результат уменьше ния структурного параметра а0 в формуле (37). Ферритные проме жутки в пластинчатом перлите при волочении изменяются про порционально уменьшению диаметра проволоки [54], поэтому величину at можно выразить через степень обжатия ед е ф:
а] = ЙО(1 — 8д е ф), |
(58) |
где а0 — половина ферритного промежутка в исходном недеформированном образце. Зависимость критической точки от степени обжа тия при фиксированной скорости нагрева v„ имеет вид
Для проверки экспериментальных данных, приведенных на рис. 56, формулу (59) следует записать в виде
|
tlD Л(1 |
оде,ф). |
(60) |
где А — |
va — постоянный |
для данной скорости |
нагрева |
коэффициент [138]. Если снижение критической точки стали обус ловливается закономерным уменьшением параметра at при волоче нии, то экспериментальные данные должны удовлетворять линей
ной зависимости, |
выраженной |
в |
координатах |
р£> — (1 — ед е ф). |
|||||||||
t°C\ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
820 L |
|
|
% |
а |
—* Г 4 4 ^ 4 ^ |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Но |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
780 |
|
h - - 4 - J ! _ |
1 — • » |
|
|
|
|
— я — |
1—** 1 |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i— |
740 |
|
|
|
1 _L |
|
|
|
|
|
|
|
ь*/ |
|
|
|
а |
|
|
|
б |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
800 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
i _ _ |
2 |
|
|
> — * |
|
|
|
|
760 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
U s e 0 O |
||
|
|
|
|
?—в-^- |
|
|
|
~ « |
— |
• |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ъ=$1 |
720 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
80 £,3еф,% |
|
20 |
|
40 |
60 80 |
|
|
|
20 |
40 |
60 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
Рис. 56. Зависимость |
критической |
точки стали 70 от степени де |
|||||||||||
формации: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
а — о т о ж ж е н н о е |
на |
зернистый |
цементит, |
б — о т о ж ж е н н о е на |
пластинча |
||||||||
тый перлит, |
в — н о р м а л и з о в а н н о е , г — з а к а л е н н о е |
и о т п у щ е н н о е |
электро« |
||||||||||
нагревом д о 550° С при |
vH = 500 граЫсек |
и с х о д н ы е состояния; |
/ |
— ,f H =• |
|||||||||
= 70 град/сек, |
2 |
— юн = |
1200 |
град/сек. |
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 57 приведены результаты проверки. Как видим, при неболь шой скорости нагрева (70 град/сек) экспериментальные данные удов летворяют формуле (60). Расчетное значение параметра А, получен ное в предположении, что среднее межцементитное расстояние 2а0 в отожженной стали находится в пределах 0,5—1,0 мк, (3,4—6,2) X
. X Ю - 3 град3 |
см2/сек |
почти совпадает с экспериментальным 4,6 X |
X Ю - 3 град3 |
см2/сек. |
Таким образом, принятая модель, объясняю |
щая снижение критической точки как результат уменьшения межцементитных промежутков при деформации, достаточно хорошо со гласуется с экспериментальными данными, полученными при сравни-
"тельно медленном нагреве деформированной стали (70 град/сек). Экспериментальные результаты, полученные при быстром нагреве (600 и 1200 град/сек) и степени обжатия от 40% и более, лишь частич но укладываются на прямой (см. рис. 57). При ед е ф >• 40% наблю дается аномально - большое снижение критической точки, которое
•связано с дефектным состоянием деформированной стали [139]. Ускорение процесса может быть обусловлено зарождением центров аустенита на дислокациях, ускорением диффузии углерода по дис локационным трубкам и, наконец, просто увеличением скорости зарождения аустенита вследствие резкого уменьшения работы об
разования |
зародыша |
при |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
избытке свободной энергии £в-ю~3 |
|
|
|
|
|
|
|
55 |
|||||||||
.(энергия |
наклепа). |
Конк |
|
|
|
|
|
щ |
|
|
|
||||||
ретный микромеханизм это- |
|
|
|
|
|
V,5t 1 |
|
|
|
26f |
|||||||
.го влияния деформации на |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
кинетику аустенизации |
по- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
.ка трудно представить. Од |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
нако при |
общем |
феномено |
|
|
|
|
|
/Л |
|
|
|
|
|||||
логическом подходе к зада- |
|
|
2 j |
|
/ У |
|
|
|
|
||||||||
.че можно |
попытаться |
ка |
|
|
|
/у |
|
2 |
|
|
|
||||||
чественно оценить характер |
|
|
* Ъ |
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
зависимости |
критической |
|
|
|
|
1 |
7 |
|
|
|
|||||||
точки |
от степени деформа |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
а |
|
|
б |
|
|
||||||||||
ции. По-видимому, для пер |
|
|
|
|
225 |
|
|
23 |
|||||||||
вого приближения |
удобнее |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
всего связать кинетику аус- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
.тенизации с плотностью из |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
быточных |
дислокаций,врз- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
.никших при |
деформации. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Это можно сделать, |
если в |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
.формуле (59) под структур |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ным фактором а1 подразу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
мевать среднее |
расстояние |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
.между |
дислокациями, |
свя |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,8 1-ецеф |
|||||
занное |
с |
плотностью дис |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
локаций: р ——з |
• |
Коли- |
Рис. 57. Определение коэффициента А для |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
чество |
дислокаций |
Др, |
стали |
70: |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
/ — |
о н |
= ТО, 2 — |
vH — 1200, 3— |
vH |
= |
бООград/ce/ct |
|||||||||||
участвующих в деформации, |
|||||||||||||||||
а — |
о т о ж ж е н н о е |
на зернистый |
цементит, б — |
||||||||||||||
можно |
грубо |
оценить |
по |
о т о ж ж е н н о е на |
пластинчатый |
перлит, |
в |
— норма |
|||||||||
соотношению |
|
|
|
|
л и з о в а н н о е , г — з а к а л е н н о е о т п у щ е н н о е э л е к т р о |
||||||||||||
|
|
|
|
нагревом до 550° |
С при ч н = |
500 |
град/сек |
и с х о д |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ные |
состояния . |
|
|
|
|
|
|
|||
|
Др |
Л ! |
^ |
£ ист| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
"где Ь |
вектор |
Бюргерса, L |
— средняя длина полосы |
скольжения, |
|||||||||||||
= |
In -у |
|
истинная деформация. |
|
Тогда сц = |
^ + Д р |
|
(р0 — |
'плотность дислокаций в недеформированной стали). Подставив а( вместо at в формулу (35), получим
|
6 р 0 + |
Д Р ' |
или |
/4$ Г>\- _ 16ро |
16 |
Результаты обработки экспериментальных критических точек деформированной стали 70 приведены на рис. 58. Как видим, при
быстром |
нагреве (vH |
= |
1200 |
град/сек) |
стали, |
деформированной до |
|||||||||||||||
60%, |
полученные |
значения |
укладываются |
на |
прямой |
зависимости |
|||||||||||||||
{ / h D ) _ |
1 |
ОТ е и с т . Заметные |
отклонения от линейности |
|
наблюдаются |
||||||||||||||||
лишь при сравнительно медленном нагреве (70 град/сек), |
когда в |
||||||||||||||||||||
стали |
в значительной |
|
мере |
происходят |
релаксационные |
процессы |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при нагреве до критического |
ин |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
тервала. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 59 сопоставлены экс |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
периментальные |
и |
рассчитанные |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
по формулам |
(60) |
и |
(60') |
крити |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ческие точки |
стали |
70. |
Данные, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
полученные при скорости |
нагре |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ва 70 град/сек, |
|
хорошо согласуют |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ся с расчетом, выполненным по |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
формуле |
(60) |
в |
предположении, |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
что |
ферритные |
|
промежутки |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
уменьшаются (кривая 1). При |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
скорости |
нагрева |
|
1200 |
|
град/сек |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
этой формулой описывается лишь |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
критическая |
точка стали, дефор |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мированной более чем на |
30%, а |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
критическая точка стали сдефор- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
мацией до |
30% |
рассчитывается |
||||||||
|
|
,0,2 0,4 |
р,6,о,8 |
,1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 е„щ |
п о ф 0 р М у Л е |
(60'). Следует |
заме- |
|||||||||||
|
10 20 30 40 50 60 |
70 |
|
|
80(щ% тить, Ч то |
формула (60') |
описы |
||||||||||||||
Рис. 58. |
Экспериментальная проверка |
вает |
микромеханизм, |
ускоряю |
|||||||||||||||||
уравнения (60'): |
|
|
|
|
|
|
щий воздействие наклепа на аус- |
||||||||||||||
1,2,3 |
|
— |
и с х о д н о е состояние |
перед |
д е ф о р |
тенизацию, |
|
приближенно, |
хотя |
||||||||||||
мацией — зернистый цементит при |
vH, р а в |
уже |
теперь |
|
можно |
утверждать, |
|||||||||||||||
ной |
соответственно 1200, |
600 |
и 70 |
|
град/сек, |
|
|||||||||||||||
4, 5 |
— соответственно о т п у щ е н н о е |
э л е к т р о |
что к снижению критической точ |
||||||||||||||||||
н а г р е в о м после |
з а к а л к и |
и |
н о р м а л и з о в а н |
ки самое непосредственное |
отно |
||||||||||||||||
ное |
исходные |
состояния |
|
при |
vB |
= |
|||||||||||||||
= 1200 |
град/сек; |
вверху показан |
левый |
шение имеет избыточная энергия |
|||||||||||||||||
н и ж н и й |
|
угол |
графика |
в |
|
увеличенном |
|||||||||||||||
'масштабе . |
|
|
|
|
|
|
|
|
наклепа, |
связанная |
с |
большим |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
количеством дислокаций. |
|
|
||||||||
|
Рассмотрим результаты калориметрического определения запа |
||||||||||||||||||||
сенной энергии в деформированной стали (рис. 60). Первый |
макси |
||||||||||||||||||||
мум на кривой деформированной (не нагревавшейся |
предваритель |
||||||||||||||||||||
но) |
стали (в |
области |
до |
200—400° С) |
отражает процессы |
отдыха, |
релаксации дислокационных скоплений, аннигиляции и перераспре деления дислокаций [140—142]. Именно в этой области температур происходят наибольшие изменения физико-механических свойств стали: интенсивное снятие наклепа (разупрочнение), снятие упругих напряжений, уменьшение объема и др. [140]. Второй максимум (в об ласти 400—660° С) связан с явлением первичной рекристаллизации феррита, при которой образуются новые неискаженные зерна, окон чательно аннигилируют избыточные дислокации и коагулируют