Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

Связь между превращением остаточного аустенита в мартенсит и релаксацией напряжений подтверждена экспериментом по предва­ рительной стабилизации остаточного аустенита. Кинетика процес­ са релаксации в метастабильных структурах определяется кинети­ кой ведущего процесса. Этим обусловливается выбор методов для изучения такого важного и в научном, и в практическом отношении явления, как релаксация напряжений, при непрерывном скорост­ ном нагреве.

Для изучения процессов релаксации напряжений при скорост­ ном нагреве используются методы дилатометрического анализа, а также быстродействующей магнитометрии в ненасыщенных по­ лях [259]. Намагниченность ферромагнетика в ненасыщенных по­ лях является типичной структурно-чувствительной характеристи­ кой. Под влиянием механических напряжений магнитные свойства могут изменяться настолько значительно, что механические на­ пряжения, наряду с напряженностью магнитного поля и температу­ рой, можно считать одной из основных причин изменения магнит­ ных свойств вещества [276]. Наибольшее влияние внутренние на­ пряжения оказывают при том значении напряженности магнитного поля, при котором дифференциальная магнитная проницаемость становится максимальной [277]. Это значение близко к величине коэрцитивной силы стали [276]:

проницаемость. Поскольку непосредственно измеряемой величиной на быстродействующем магнитометре [259, 262] является магнит­ ная индукция образца В0, связанная с магнитной проницаемостью прямой зависимостью, В0 = \iH, при изменении ц. в изучаемых про­ цессах изменяется вид магнитной кривой. Начальная магнитная проницаемость обратно пропорциональна величине внутренних на­

Можно полагать, что характер соотношения качественно не изме­ няется, если вместо начальной проницаемости \х,0 использовать диф­ ференциальную проницаемость \id на участке петли гистерезиса вблизи ц т а х - Поэтому в ненасыщенных магнитных полях при помо­ щи магнитометра можно изучать качественное изменение напряжен­ ного состояния образца в процессе электронагрева. Для измерения величины максимальной магнитной проницаемости в деформирован­ ных и закаленных сталях необходимо подбирать соответствующий

эрстед. В отожженных сталях величина Нс составляет всего не­ сколько эрстед, и при заданное режиме напряженность поля в воз­ душном зазоре магнитометра равна примерно 200 э, магнитометр

них напряжений образца.

Рассмотрим основные результаты исследования закаленной ста­ ли, полученные при помощи магнитометрического метода, сопостав­ ляя их с результатами магнитометрического изучения скоростного

нитных свойств носит практически обратимый характер, т. е. после охлаждения от этих температур намагниченность (индукция) воз­ вращается к исходному уровню (рис. 101). При скоростном отпус­ ке в этой области температур твердость стали не изменяется (рис. 102).

ниченности, доля которого AJ непрерывно увеличивается по мере развития процессов отпуска стали, и, как известно, происходит интенсивное разупрочнение закаленной стали, выражающееся в снижении ее твердости, прочности и внутренних напряжений. Магнитометрически разупрочнение при отпуске четко фиксируется в виде резкого возрастания намагниченности в ненасыщенных по­ лях в температурном интервале распада мартенсита (см. рис. 101). Следовательно, необратимое изменение намагниченности можно объяснить фактическим разупрочнением закаленной стали, а обра­ тимое изменение магнитных свойств, по-видимому,— проявлением

рывном электронагреве изображена на рис. 103. Как и в закаленной стали, вначале происходит термоупругое изменение намагни­ ченности, не сопровождающееся уменьшением твердости, и лишь начиная от температур около 200° С появляются признаки неупру­ гого, остаточного изменения магнитных свойств и одновременного снижения твердости. Это согласуется с данными, полученными при исследовании разупрочнения и рекристаллизации деформированных сталей в условиях быстрого электронагрева (см. гл. I , а также ра­ боты [280, 281)].

Различие в процессах разупрочнения закаленных и деформи­ рованных сталей состоит в следующем. Разупрочнение закаленной стали происходит при отпуске мартенсита и поэтому определяется полнотой и степенью развития этих процессов. Завершение их озна­ чает, что релаксация напряжений в основном закончилась. При повторном нагреве стали до температур I I I эффекта отпуска на­ пряженное состояние не обнаруживается. В деформированных ста­ лях процессы релаксации напряжений наблюдаются во всех тем­ пературных интервалах, хотя механизм снятия наклепа различен для различных температурных областей. Более того, ни рекристал-

1Г

лизация обработки, завершающаяся даже при быстром электрона­ греве [272], ни фазовая перекристаллизация наклепанного образца в аустенитное состояние не означают, что образец полностью осво­ бодился от последствий предшествовавшей деформации. Это хорошо видно на магнитограммах серии повторных нагревов деформирован­ ных сталей при постоянном повышении температуры первого на­ грева: если первый нагрев деформированного образца не превышает температуры 930—950° С, то на магнитной кривой повторного на­ грева появляются, хотя и слабые, признаки повышения намагни­ ченности, что легко объясняется сохранением в стали следов пред­ шествовавшего наклепа (см. гл. I).

В этом состоит существенная особенность разупрочнения дефор­ мированной стали, так как при разупрочнении закаленной стали релаксация макронапряжений завершается одновременно с окон­ чанием процессов отпуска. По-видимому, это следует считать важ­ ным признаком различия в природе упрочненного состояния зака­ ленной и деформированной сталей. Указанное различие ограничи­ вает возможность проведения более глубоких аналогий, как это делается в работе [179] в связи с дискуссией о природе I I I превра­ щения при отпуске.

Выше нами рассматривалась природа процессов I I I превраще­ ния при отпуске. Хотя данных, полученных магнитометрическим методом, недостаточно для точного анализа характера изменений при I I I превращении, однако можно дать критическую оценку не­ которых предположений.

Исходя из данных магнитометрического анализа I I I превраще­ ние при отпуске трактуется как фазовое превращение метастабиль­ ного е-карбида в цементит, а изменение магнитных свойств в этой области температур — как результат наложения нескольких про­ цессов, а именно потеря намагниченности е-карбида при прибли­ жении его к точке Кюри ( ~ 380° С) и уменьшение его количества за счет перехода в форму карбида, парамагнитную при этих темпе­ ратурах (точка Кюри цементита 210° С, я-карбида, если он сущест­ вует, 270° С [282]). В ненасыщенных магнитных полях есть еще одна причина изменения магнитных свойств — процессы релакса­ ции внутренних напряжений. На основании этой трактовки по виду магнитной кривой в области I I I эффекта углеродистой стали можно установить, что при I I I превращении в изменении магнитных свойств большую роль играют два первых фактора по сравнению с последним, поскольку магнитная кривая в этой области резко снижается.

боте 1281] магнитометрическим методом было установлено, что релаксационные явления в деформированной стали при электро­ нагреве растягиваются на широкий интервал температур и не за­ вершаются даже при фазовой а ->- у перекристаллизации (см. также гл. I), тогда как I I I превращение при электронагреве всегда пол­ ностью завершается в сравнительно узком интервале температур