Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

жения инструментальной критической точки как результат посте­ пенного уменьшения ферритных промежутков в перлите при боль­ ших деформациях.

Таким образом, при скоростной аустенизации деформирован­ ной стали снижение ее критической точки в зависимости от степени деформации обусловлено энергетическим влиянием наклепа на точ­ ку фазового равновесия перлита и аустенита и ускорением кинети­ ки превращения за счет измельчения феррито-цементитной смеси. Второй эффект наблюдается лишь при деформациях свыше 30%.

ОБРАЗОВАНИЕ МЕТАСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА В СТАЛИ С ДЕФЕКТНОЙ СТРУКТУРОЙ

Фазовые превращения при нагреве закаленных или деформирован­ ных сплавов представляют интерес в связи с особенностями струк­ турных состояний, которые возникают из-за наложения друг на друга процессов перекристаллизации решетки и уменьшения коли­ чества структурных несовершенств. Наибольшую роль в них играет скорость нагрева, поскольку от нее зависит завершенность и интен­ сивность релаксационных процессов.

Эффект от совмещения в одном температурном интервале рекри­ сталлизации и фазовой перекристаллизации оказывается столь значительным, что при определенных условиях удается наблюдать «преждевременное» фазовое превращение, т. е. ниже температуры фазового равновесия. Например, можно наблюдать образование

т. е. на 50—60° С ниже равновесной точки А3. В последнее время интерес к проблеме метастабильной аустенизации усилился в связи с экспериментами, проведенными С. С. Дьяченко [151], в которых достаточно убедительно показано, что при умеренно быст­ ром нагреве закаленной или деформированной стали образуется метастабильный аустенит, а также что этот аустенит распадается при длительной выдержке ниже точки Аг.

Надежное экспериментальное подтверждение образования метастабильного аустенита получено в работе [152], выполненной для проверки выводов С. С. Дьяченко [151 ]. В связи с принципиальной важностью этого вопроса изложим основные ее результаты. В ра­ боте использовалась усовершенствованная установка скоростного рентгенографирования [153, 154], позволившая регистрировать фа­ зовые превращения как при быстром (100—500 град/сек), так и при умеренном (100 град/мин) нагреве. Исследовалось распределение интенсивности и положение максимума интерференционных линий

(211) феррита и (311) аустенита при нагреве и охлаждении со ско­ ростью 100 град/мин чистого железа и углеродистых сталей (сталь 30 и У8) в отожженном, деформированном и закаленном исходных состояниях. Рентгенограммы снимались в фокусирующей камере радиусом 50 мм по методу Зеемана — Болина в характеристическом /Са-излучении железного антикатода. На шлейфовом осциллогра­ фе типа Н-105 одновременно фиксировались распределение интен­ сивности в интерференционных линиях (211) феррита и (311) аусте­ нита, реперная точка для отсчета изменения угла или межплоскост-

500 500 700 800 900 1000 500 600 700 800 900 1000 500 600 700 800 900 t,V

ные с о с т о я н и я ; / — сталь У8, 2 — сталь 30, 3 — ж е л е з о .

ного расстояния (с точностью до ± 0,001 А), а также удлинение и температура образца (с точностью до ± 5 ° С) в месте его облучения рентгеновским пучком. Прокатка сплавов осуществлялась на воздухе при комнатной температуре с суммарным обжатием 90%. Образцы закаливались из вакуумированных кварцевых ампул в воду.

На рис. 68 представлены дилатограммы нагрева углеродистых сталей и железа, на рис. 69 и в табл. 9 — результаты скоростного рентгенографирования. Приведенные данные показывают, что тем­ пература появления линии (311) аустенита при нагреве углероди­ стых сталей и чистого железа, независимо от исходного состояния, в пределах точности эксперимента совпадает с температурой нача­ ла сжатия на дилатометрической кривой, а исчезновение линии (211) феррита — с окончанием сжатия при нагреве.

На рис. 69, б видно, что первые порции аустенита достаточно богаты углеродом, так как параметр решетки равен 3,6485 А. Учитывая данные работы [155], можно утверждать, что содержание углерода в появившемся аустените составляет 0,7%. При дальнейшем нагреве параметр решетки у-фазы уменьшается. Одновременно падает интен­ сивность рефлексов (211) феррита, и при температуре 730° С они исчезают, т. е. заканчивается превращение и структура становится однофазной. При нагреве до 1000° С параметр решетки у-фазы изменяется в соответствии с коэффициентом термического расшире­ ния. В деформированной стали У8 (он = 100 град/мин) первые пор­ ции аустенита фиксируются при температуре 655° С, причем содер­ жание углерода в них соответствует содержанию углерода в стали. Превращение заканчивается при температуре 730° С. При дальней­ шем повышении температуры параметр решетки у-фазы изменяется линейно.

Аналогичное снижение температуры образования аустенита ни­ же точки Л х наблюдалось при умеренном нагреве ( ~ 100 град/мин) закаленных углеродистых сталей. В стали 30 при 630° С фикси­ руются первые порции аустенита с параметром решетки 3,6515 А,

У8 линии у-фазы, превышающие фон рентгенограмм, фиксируются при температуре 690° С, превращение заканчивается в области температур до 760° С. Как и при нагреве деформированной стали У8, состав первых порций аустенита по углероду соответствует составу стали.

При нагреве как закаленных, так и отожженных сталей наблю­ дается уменьшение ширины линии (211) феррита, причем в дефор­ мированной стали ширина линии при температуре выше 500° С в основном совпадает с шириной линии в отожженной стали. В за­ каленных сталях уменьшение ширины линии заканчивается при 600° С (сталь 30) и 650—680° С (сталь У8). При температуре выше 500—600° С параметр решетки а-фазы увеличивается, т. е. со­ держание углерода в феррите изменяется в соответствии с диаграм­ мой состояния железо — цементит.

Таким образом, экспериментальное изучение процессов аусте­ низации в углеродистых закаленных или деформированных при умеренном нагреве (~100 град/мин) сталях методом скоростного рентгенографирования показало, что начало образования аустени­ та фиксируется в области температур ниже точки Ах. Первые пор­ ции аустенита при нагреве стали с повышенным количеством де­ фектов кристаллического строения достаточно богаты углеродом, концентрация его составляет 0,7—0,8 вес.%, что противоречит схеме «бездиффузионного» образования метастабильного аустенита

[1511. Особенно важно подчеркнуть, что снижение критической

медленном нагреве (~1 град/мин) и записи распределения рентге­ новских линий на дифрактометре в закаленных углеродистых ста­

каленных сталях, хотя и наблюдалось снижение температуры образования первых порций аустенита, по сравнению с отожжен­ ными сталями, область аустенитообразования находилась выше точ­ ки Av

Следовательно, в сталях со структурами, обладающими повы­ шенной запасенной энергией, температура начала образования аустенита при нагреве может быть ниже точки Аг почти на 100° С. Однако, для того чтобы снижение критической точки ниже точки Ах можно было наблюдать экспериментально, необходимы особые условия. Во-первых, запасенную энергию необходимо сохранить при нагреве до точки фазового перехода и, во-вторых, снижение точки Асх вследствие искажений решетки должно превышать сме­ щение точки Асх в область более высоких скоростей нагрева. Ве­ роятно, при медленном нагреве (порядка 1 град/мин) процессы релаксации в закаленных сталях почти завершаются и, как отме­ чалось выше [75], превращение происходит в соответствии с диаграм­ мой состояния Fe — Fe3C. Регистрировать образование аустенита, богатого углеродом, ниже точки Ах удается лишь при скорости на­ грева порядка 100 град/мин, когда перед превращением еще сохра­ няются дефекты структуры (образующиеся в процессе деформации или закалки), а повышение инструментально определяемой точки превращения еще незначительно.

На процессы образования аустенита оказывают сильное влияние состояния ферритной матрицы перед началом превращения. При нагреве уменьшается ширина линии (211) феррита. В деформиро­

закаленной стали У8, как отмечалось выше, уменьшение ширины рентгеновских линий затягивается до температуры 680° С, весьма близкой к началу превращения.

Метастабильный аустенит образуется при особых условиях нагрева. Нами был поставлен специальный опыт. Задача состояла в том, чтобы проследить, как изменяется критическая точка аусте­ низации стали с дефектной структурой в широком интервале ско­