Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

причем ее барьерное действие зависит главным образом от размера ячеек, угла разориентировки их, а в случае неоднородной струк­ туры, когда возможно совместное существование ячеистой структу­ ры и дислокаций «леса»,— от степени развития ячеистой структуры и равномерности ее распределения по объему. Последние факторы представляют интерес главным образом в практическом отношении, при выборе технологических параметров термомеханической обра­ ботки с целью упрочнения сплава. Границы ячеек оказывают барьер­ ное действие на рост игл мартенсита, хотя и в несколько меньшей степени, чем границы зерен аустенита. Тормозящее действие их проявляется в том, что образующийся мартенсит имеет более мелко­ игольчатую форму.

Тормозящее действие на рост игл мартенсита оказывают и

тенситных превращениях исследована на системах Fe — Ni —- Си и Fe — Ni — Al [228—230]. В качестве второй фазы рассматрива­ лись выделения у'-фазы в конструкционной стали с карбидами ванадия V4 C3 [231] и в сплаве Fe — Ni — С с цементитом [232]. Показано, что в связи с выделением частиц второй фазы изменяют­ ся форма, размеры мартенсита и температура начала его превра­ щения. В работе [233] аналитически вычислена зависимость тем­ пературы начала превращения мартенсита от структурных элемен­ тов сплава, оказывающих барьерное действие на рост мартенситных кристаллов и поэтому тормозящих развитие мартенситного пре­ вращения. Температура начала превращения снижается, а длина мартенситных кристаллов и общее количество образующегося при охлаждении мартенсита уменьшаются [227]. Структурными эле­ ментами, служащими весьма эффективными препятствиями для рас­ тущих мартенситных игл, как отмечалось выше, являются границы верен, полосы скольжения, двойники деформации и отжига, избы­ точная фаза и неметаллические включения, поры, ячеистая струк­ тура. Экспериментально установлено, что структурная чувстви­ тельность мартенситного превращения не зависит от конкретной

(т0 — сопротивление движению дислокаций, образующих мартен­ ситный кристалл, А — размер структурного элемента, оказывающе­ го барьерное действие на растущую иглу мартенсита, С — постоян­ ный коэффициент, q — скрытая теплота превращения, — тем­ пература термодинамического равновесия аустенита и мартенсита, Мн — температура начала интенсивного образования мартенсита,

или инструментально определяемая температура начала мартенситного превращения, г — геометрический фактор).

Проверка уравнения (71) (проведена на значительном количест­ ве объектов) показала, что оно справедливо во всех случаях, если

VHl°C I 2

110 850

300 •W

290•830

280 820\

Рис. 88. Зависимость мартенситной точки сплавов на осно­ ве железа от размера зерна аустенита [227].

под А подразумевается эффективное расстояние между структурны­ ми элементами, служащими барьерами при распространении игл мартенсита. На рис. 88—90 приведены результаты эксперименталь­ ной проверки уравнения.

Итак, явление наследования дефектной структуры аустенита

действием структурных элементов аустенита на растущие кри­ сталлы мартенсита. Правильное понимание природы процессов, от которых зависит структурное состояние мартенситной фазы, дает возможность эффективно управлять структурой стали, сведя к ми­ нимуму эмпирический подход в выборе технологических режимов.

Морфология мартенсита закалки зависит не только от структур­ ных элементов, но и от неоднородности аустенита. Концентрацион­ ная неоднородность аустенита, возникающая при скоростном нагреве стали, приводит к размытию температурного интервала мартенситного превращения [68, 87, 234]. При закалке в сталях эвтектоидного состава, наряду с двойникованным мартенситом, могут появляться участки микроструктуры с преобладанием недвойникованного мартенсита, характерного для малоуглеродистой ста­ ли, причем количество его будет тем больше, чем выше концентра­ ционная неоднородность аустенита. Последняя, в свою очередь, тем выше, чем грубее исходная структура стали и больше скорость нагрева [68]. Таким образом, для получения однородного по угле­ роду мартенсита при скоростной электрозакалке следует приме­ нять предварительно деформированные стали с высокодисперсной карбидной фазой [68, 128]. Другие стали, например со структурой крупнозернистого цементита, желательно подвергать двойной за­ калке, позволяющей измельчить структуру и получить однород­

к заметной неоднородности структуры после закалки и повышению количества остаточного аустенита. В то же время в результате ско­ ростного нагрева высокодисперсной стали количество остаточного аустенита в ней уменьшается по сравнению со структурой закален­ ной стали, полученной при нагреве в печи [234].

Весьма своеобразным может оказаться влияние больших ско­ ростей нагрева на структуру закаленной доэвтектоидной стали

При закалке доэвтектоидной отожженной стали скоростным на­ гревом может сформироваться необычная структура: в мягкой ферритной матрице появятся включения высокоуглеродистого мартен­ сита, при этом не исключено, что, в отличие от обычного высоко­ углеродистого мартенсита, локально образовавшийся в перлитных участках мартенсит не будет двойникован, так как возможна лег­ кая релаксация напряжений на прилегающих соседних участках структурно-свободного феррита. Такое строение закаленной ста­ ли несомненно отразится на продуктах распада мартенсита и де­ формации их при волочении или прокатке, а также на комплексе соответствующих механических свойств.