Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

железе, содержащем 0,02—0,03% углерода. Непрерывное повы­ шение точки Ас3 при увеличении скорости нагрева до 20 000 град/сек было обнаружено только в том случае, когда перед скоростным на­ гревом проводилась минутная выдержка образца в области 800° С. При нагреве непосредственно от комнатных температур повышение точки Ас3 не было замечено. Повышение критической точки при скоростном нагреве или стабильность ее ошибочно связывались с

погрешность в измерении температуры в результате прогрева горя­ чего спая термопары.

Нами выполнено специальное исследование инерционных по­ грешностей, вносимых системой термопара — регистрирующий шлейф осциллографа в процессе измерения температур при скорост­ ных электронагревах. Проверка проводилась по реперным точкам, в качестве которых была выбрана точка Кюри в е железа — переход из ферромагнитного в парамагнитное состояние (768° С), а также точ­ ка плавления алюминия (670° С) и меди (1083° С). Оказалось, что при скоростных электронагревах температура фиксируется термо­ парой толщиной 0,08 мм без искажений вплоть до скорости нагрева 2000—3000 град/сек [31 ]. Далее инерционность в прогреве спая тер­ мопары приводит к запаздыванию в регистрации процесса, что вы­ ражается в кажущемся снижении температуры плавления меди и алюминия (рис. 3). Установлено, что приварка тонкой термопары электроискровым способом сопровождается меньшими искажениями в измерении температур, чем запрессовка спая в образец. Эти данные позволили при больших скоростях нагрева вводить поправки в изме­ ряемую температуру и получать более надежные сведения о крити­ ческих точках железа и стали.

При очень быстром нагреве железа более удобным и точным оказалось измерение температуры по осциллографической записи 16 дилатометрической кривой скоростного нагрева. В частности, тем-

Кюри, положение которой очень четко фиксируется дилатометри­

превращения даже при медленном нагреве типично сдвиговый со стро­ гой кристаллографической ориентировкой. С появлением в «усах» де­ фектов кристаллического строения, а также с увеличением их коли­ чества сдвиговый механизм заменяется флуктуационным. Следова­ тельно, в поликристаллических образцах железа, не обладающих совершенной структурой, едва ли возможен сдвиговый механизм превращения даже при высоких скоростях нагрева. И первым дово­ дом в этом отношении может служить температурно-временная за­ висимость аустенизации железа, представляющая собой характер­ ную картину процесса с нормальным флуктуационным механизмом (рис. 6). Сложнее может обстоять дело при быстром нагреве железа, легированного элементом, замедляющим самодиффузию железа. Наблюдая игольчатую аустенитную структуру при скоростном на­ греве хромистого железа, И. Н. Кидин, М. А. Штремель и В. И. Ли­ зунов [36] пришли к выводу, что для малоугловых межфазных гра­ ниц, т. е. при хорошем ориентационном соответствии растущей и

CJiiJ.inoi *.•£ *. О С О Р

Э К З Е М П Л Я Р

имт&!и-.мг>гг» ял ке,

ния. Для большеугловых границ диффузионная релаксация напря­ жений от фазового наклепа затрудняет протекание сдвиговых про­ цессов [37] практически при любых реализуемых скоростях нагрева [38]. По-видимому, в общем случае механизм превращения в леги­ рованном железе может быть как сдвиговым, так и флуктуационным.

Вообще говоря, вопрос о влиянии скорости нагрева на положение инструментально наблюдаемых критических точек твердых раство­ ров на основе железа изучен сравнительно мало. При исследова­ нии систем железа с кремнием, хромом, медью, вольфрамом, титаном и никелем [39] не обнаружен рост критических точек с уве­ личением скорости нагрева до 2000 град/сек. Это, вероятно, объяс-

в пределах точности измерения температуры. Поскольку перегрев инструментальной критической точки или его отсутствие часто связываются с флуктуационным (зарождения и роста) или соответ­ ственно сдвиговым (мартенситным) механизмом фазовой перекрис­ таллизации, важно отметить, что одних только данных о зави­ симости критической точки от скорости нагрева часто бывает недо­ статочно для обсуждения механизма фазового перехода, тем более что стабилизация критической точки может быть кажущейся и вызван­ ной известными методическими упущениями. Это подтверждается экспериментом, в котором использовался метод корректировки тем­ ператур по точке Кюри.

В качестве объекта исследования была выбрана система железо — кобальт, для которой характерна область гомогенного твердого раствора на основе железа в широком интервале концентрации ко­ бальта [40]. Решающую роль при выборе системы сыграло то обстоятельство, что в ней по мере увеличения содержания кобальта происходит сужение температурного интервала между точкой Кюри и а ->• у превращением, причем при 15,2 вес.% кобальта значения

и 910° С и интервалами скоростей нагрева от 20 до 10* град/сек.

При обработке осциллограмм нагрева с учетом корректировки температуры превращения по точке Кюри было установлено, что в сплаве с 8 вес. % кобальта при увеличении скорости нагрева проис­ ходит некоторое повышение инструментально определяемой крити­

Весьма наглядно и убедительно повышение критической точки фазо­ вого превращения отмечается в сплаве с 15 вес. % кобальта. В этом случае при скоростях нагрева более 500 град/сек происходит разде­ ление магнитного (точка Кюри) и фазового а ->- у превращений. При

о б

Рис. 7. Соотношение между фазовым и магнитным превращениями при различных скоростях нагрева в сплавах железа с кобальтом:

увеличении скорости нагрева точка Кюри сохраняет свое положение, а точка фазового а - > у превращения непрерывно смещается в об­ ласть повышенных температур. На рис. 7 приведены перестроенные в зависимости от температуры дилатометрические кривые, получен­ ные от образцов при различных скоростях нагрева. Наблюдаемое увеличение удлинения образца до точки Кюри объясняется тем, что при повышении скорости нагрева происходит увеличение его эффективной длины вследствие уменьшения влияния теплоотводящих зажимов дилатометра.

Результаты исследований показывают [40], что при скоростях нагрева до 104 град/сек инструментальные критические точки сме­ щаются в область повышенных температур примерно на 30° С. Об­ наружить такое смещение методами термического анализа весьма трудно.

Таким образом, на техническом железе, не имеющем специаль­ ных легирующих примесей, реализовать сдвиговый механизм прев­ ращения, по-видимому, невозможно. В то же время обработка кине­ тических кривых скоростной аустенизации железа позволяет оце­ нить энергию активации этого процесса, равную около 70 ккал/моль [41]. Это значение очень близко к энергии активации самодиффузии чистого железа [42, 43] и, следовательно, согласуется с представле­ нием о том, что кинетика продвижения растущей кромки аустенита

определяется элементарными актами самодиффузии атомов железа. ц

2*