Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

ростного электронагрева стали [136]). При медленном нагреве в печи момент фазовой перекристаллизации определялся по резкому увеличению электросопротивления образца (рис. 70). Температура

фиксировалась термопарой, приваренной к поверхности. При быст­ ром нагреве начало аустенизации отмечалось по перегибу на ди­ латометрической кривой.

Результаты определения критической точки перлито-аустенит- ного превращения приведены на рис. 71. Точки на кривой 1 (отож­ женная сталь) означают повышение критической температуры с увеличением скорости нагрева в темпе, пропорциональном v](3. Но на кривых для деформированной стали четко видна аномалия в изменении критической точки: вначале резко снижается интерн вал аустенизации в область температур 670—700° С, а начиная со

что указанная аномалия зависит от степени предварительной дефор­ мации. В изменении критической точки отожженной стали 70 ни­

вершенно определенный и довольно небольшой интервал скоростей нагрева (условно их можно назвать умеренными), когда образова­ ние метастабильного аустенита фиксируется очень четко. Вне этого узкого диапазона метастабильный аустенит, вероятно, не образует­ ся, во всяком случае его появление не зафиксировано.

Все сказанное наводит на мысль о том, что решающую роль в образовании метастабильного аустенита играют процессы, проте­

снижению температуры аустенитообразования имеет отношение лишь та часть энергии наклепа, которая релаксировала в критическом интервале температур.

Действительно, при медленном нагреве в калориметре (2 град/мин) рекристаллизация в сильно деформированной ленте из стали У10 наблюдается в интервале температур 550—700° С [137]. На терморезистометрических кривых деформированной стали в суб­ критической области температур четко фиксируются [131] пе­ регибы, связанные с процессами рекристаллизационного типа. На рис. 60 приведена кривая интенсивности выделения запасенной энергии деформации при нагреве наклепанного образца в калори­ метре. Напомним, что первый калориметрический пик связан с развитием отдыха и полигонизации деформированной стали, вто­

зоны субкритических температур в надкритический интервал. Осо­ бенно отчетливо это видно на терморезистометрических кривых деформированной малоуглеродистой стали 1кп (рис. 70, б). Таким образом, процессы снятия наклепа (рекристаллизация обработки),

сопровождающиеся выделением энергии Де, являются непосред­ ственной причиной «преждевременного» образования аустенита при

степенью рекристаллизационных процессов. Иными словами, метастабильная аустенизация может быть полной или частичной, в зави­ симости от того, какая доля объема претерпевает рекристаллиза­ цию непосредственно в области субкритических температур. Пре­ дельно низкую температуру метастабильного превращения можно

нит в области 570—600° С. Это, по-видимому, предельные значения температуры, которые могут быть достигнуты при одном весьма существенном условии: темп нагрева наклепанной стали должен быть таким, чтобы рекристаллизационные процессы развивались

лизации будет меньшим 2 кал/г, метастабильный аустенит при столь низкой температуре не сможет образоваться. Увеличение скорости нагрева способствует подавлению процессов рекристаллизации и тем самым приводит к вырождению эффекта метастабильной аусте­ низации (см. рис. 71). Однако при очень быстром нагреве первый максимум на кривой тепловыделения нагреваемой стали с дефект­ ной структурой, связанный с процессами отдыха и полигониэации, может сдвинуться в субкритическую область температур (см. рис. 60,

дию метастабильной аустенизации наклепанной стали уже при ско­ ростном нагреве.

Высказанное соображение дает основание проанализировать ра­ боты, в которых отмечались случаи аномально низкой температуры аустенизации при весьма быстром нагреве.

Ю. А. Кочержинский наблюдал дилатометрическое сжатие об­ разца закаленной стали с 0,04% углерода в области температур 825—850° С при нагреве со скоростью 200 град/сек [83]. Аналогич­ ное явление отмечалось И. Н. Кидиным [77]. По мнению И. Н. Кидина, «преждевременная» аустенизация малоуглеродистой стали связана с развитием а -> у превращения на границах блоков мозаи­ ки, локально обогащенных углеродом предположительно до 0,25%.

феррита, находящаяся внутри блоков мозаики, не сильно пересы­ щена углеродом и поэтому не может превратиться в аустенит при

температуре ниже точки Л 3 . Но поскольку дилатограммы [77] на­ дежно показывают, что фазовое превращение не разделяется на две стадии, а непрерывно развивается в интервале 830—920° С, нам представляется, что преждевременная аустенизация малоуглероди­ стой стали является следствием эффекта метастабильной аустени­ зации дефектного (закаленного) армко-железа.

В. Н. Гридневым и В. И. Трефиловым [158] было обнаружено, что фазовое превращение в закаленной стали У8 при скорости нагрева до 2000 град/сек начинается в области температур 720—725° С, но при дальнейшем повышении скорости нагрева, примерно до 5000 град/сек, точка Асх снижается до 590—600° С. В закаленной стали У12А снижение температуры фазового превра­ щения отмечается при скорости нагрева выше 1000 град!сек. Это снижение точки Ас± связывалось с задержкой выхода углерода из а-решетки, а также с обратным мартенситным превращением. Однако исходя из изложенных выше представлений снижение тем­ пературы фазового превращения в закаленной стали при очень быстром нагреве может быть объяснено развитием второго этапа метастабильной аустенизации, вызванного процессами релаксации избыточной энергии в результате снятия микронапряжений при отпуске закаленной стали. При нагреве в калориметре карбидное превращение в закаленной стали У12 сопровождается выделением энергии в количестве около 2 кал/г [140] в области температур 300—400° С. Данных о температурном интервале выделения энер­ гии при быстром нагреве закаленной стали нет, однако известно, что при электроотпуске релаксация искажений I I и I I I рода не завершается даже при температуре выше 600° С [159]. Это озна­ чает, что при электронагреве закаленной стали протекают процес­ сы релаксации структурных искажений решетки, причем интен­ сивность их повышается по мере повышения температуры. Поэтому можно ожидать появления метастабильного аустенита. Не исклю­ чено также, что образование метастабильного аустенита в этих условиях стимулируется островками остаточного аустенита. Однако это предположение нуждается в экспериментальном подтвержде­ нии. Прямые экспериментальные данные об образовании аустени­ та при электроотпуске закаленной стали, содержащей 0,71% угле­ рода, 1,79% ванадия, 1,46% марганца, получены В. Г. Нечипоренко [160]. При электронагреве закаленной стали со скоростью выше 2000 град/сек в интервале температур I I I превращения происходит образование аустенита, количество которого непрерывно увеличи­ вается с повышением температуры нагрева. Этот аустенит значи­ тельно менее устойчив по сравнению с остаточным аустенитом, что проявляется в пониженной температуре его распада при повторном нагреве в магнитометре. По-видимому, появление новых порций

ны также другие, косвенные данные, подтверждающие факт метастабильной аустенизации закаленной стали при быстром и сверхбыст­ ром нагревах. Например, в закаленной стали У8 при скорости

становится первый перегиб, отражающий появление аустенита при субкритических температурах.

Таким образом, очевидно, можно считать, что эффект метастабильной аустенизации стали с неравновесной структурой прояв­ ляется в более широком интервале температур, чем это было установлено С. С. Дьяченко [151]. Образование метастабильного аустенита в области температур ниже точки Ах (723° С) можно наблюдать не только при умеренном (сотни градусов в минуту), но и при весьма быстром (выше тысячи градусов в секунду) на­ греве.

Зависимость температуры начала образования аустенита в ста­ ли с неравновесной исходной структурой от скорости нагрева мож­ но представить в виде следующей обобщенной схемы. При медлен­ ном нагреве (градусы в минуту) неравновесность структуры устра­ няется задолго до субкритического интервала, поэтому начало аустенизации обнаруживается при той же температуре, что и в отожженной стали, т. е. вблизи равновесной температуры Аг. При умеренном нагреве (сотни градусов в минуту) в связи с развитием рекристаллизации обработки в субкритической области отмечается первый этап метастабильной аустенизации (см. рис. 71, «провал» на кривой 3). При быстром нагреве (сотни градусов в секунду) метастабильная аустенизация вырождается вследствие перегрева

тическую точку деформированной стали по сравнению с отожженной [147]. Наконец, при очень быстром (сверхбыстром) нагреве (тыся­

Итак, причиной образования метастабильного аустенита яв­ ляется не сама неравновесность структуры, а некое структурное превращение в стали, приводящее к устранению последствий наклепа. В зависимости от характера этого структурного превра­ щения можно наблюдать первую или вторую стадию метастабиль­ ной аустенизации, фиксирующуюся при умеренном или очень быст­

ро ром нагреве.