Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

Заметим, что при сдвиговом превращении происходит согласован­ ное, кооперированное перемещение активированных атомов на рас­ стояния, составляющие небольшую долю межатомных расстояний, что, собственно, и приводит к возможности быстрого протекания и к низкой энергии активации этих процессов. Однако в случае флуктуационного роста новой фазы при полиморфном превращении атом­ ные переходы совершаются также на небольшие расстояния, соиз­ меримые с межатомными. Поэтому, несмотря на довольно высокую энергию активации процесса, кинетика полиморфного превращения железа оказывается весьма стремительной: общая длительность дилатометрического сжатия при скоростном нагреве составляет десятые и даже сотые доли секунды. Этим и объясняются очень сла­ бый рост критической точки железа при скоростном нагреве и труд­ ности в экспериментальном выявлении такого незначительного пе­ регрева. Высокая скорость флуктуационной перестройки решетки

ремещением углерода, растворяемого в решетке аустенита. Это следует учитывать при определении механизма аустенизации стали.

Представляет интерес аналитическая оценка зависимости кри­ тической точки железа от скорости нагрева, так как при помощи сопоставления расчетной зависимости с экспериментальной можно проверить справедливость наших представлений о механизме и ки­ нетике изучаемого процесса. В работе [44] показано, что уравнение А. Н. Колмогорова [45], если предположить, что величина GIN не зависит от температуры перегрева t над равновесной критической точкой, может быть приведено к упрощенному виду

где G — линейная скорость роста аустенитного зерна, N — скорость зарождения центров аустенита, (3 — степень превращения, vH — скорость нагрева в критическом интервале температур (в дальней­ шем всюду, где речь идет об инструментальной критической точке, скорость нагрева в критическом интервале температур обозначена ун ). Известно, что параметры G и N зависят от температуры пере­ грева t над равновесной точкой Av Предположим для определен­ ности, что оба параметра находятся в квадратичной зависимости от t, так же как в случае образования аустенита из перлита в стали [46]:

G = a't", N = b't\ (3)

где а' и Ь' — неизвестные параметры, не зависящие от температуры /. Учитывая (3), после интегрирования и несложных преобразований в выражении (2) получим

или

Выражение (5) представляет собой аналитическую зависимость тем­ пературы, при которой степень аустенизации железа достигла вели­ чины Р, от скорости нагрева. Если под критической точкой а -у у превращения подразумевать температуру перегрева, при которой образовалось около 5% новой фазы, то выражение (5) по существу представляет собой аналитическую зависимость инструментальной критической точки полиморфного превращения железа от скорости нагрева. Это выражение допускает экспериментальную проверку, для чего следует положить р = 0,05 (5% новой фазы — начало пре­ вращения по дилатометру) и определить неизвестный параметр а'3Ь', постоянный для данного сплава. Поскольку теоретически рассчи­ тать его пока невозможно, воспользуемся экспериментальными дан­ ными. Из кинетического выражения А. Н. Колмогорова — И. Л. Миркина можно определить время, необходимое для изотермического протекания превращения,

Рv а'Ч'

риментальные точки инструментального начала и конца а -> у превращения по данным работы [32]. По экспериментальным данным (заштрихованная часть на рис. 8), для начала превращения числен­ ное значение коэффициента в уравнении (9) составляет 2,35, что удов­ летворительно согласуется с расчетом. Из выражения (5) нетрудно

железа как статистический процесс зарождения и нормального роста центров новой фазы. Это важно для понимания сущности аусте­ низации углеродистой стали.

КИНЕТИКА ОБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА В ЭВТЕКТ0ИДН0Й СТАЛИ

Изучение закономерностей аустенизации перлитных сталей удобнее всего начать с рассмотрения стали чисто эвтектоидного состава. Типичная эвтектоидная сталь, содержащая около 0,8% углерода, может быть получена в состоянии пластинчатого перлита, представ­ ляющего собой колонии параллельно чередующихся пластинок фер­ рита и цементита. Отсутствие избыточных фаз облегчает рассмотре­ ние процесса аустенизации при быстром нагреве.

Согласно правилу фаз процесс превращения перлита в аустенит протекает изотермически при условии непрерывной подачи тепловой энергии. Экспериментально это проявляется в возникновении гори­ зонтальной площадки на термической кривой непрерывно нагревае­ мой стали. Таким образом, непрерывная подача тепловой энергии

является обязательным условием нормального протекания реакции аустенизации перлита. Отсюда следует, что кинетика процесса за­ висит от условий нагрева, от способа и темпа подачи тепла в реаги­ рующий объем. Недооценка этого момента нередко приводила к спорам о степени достоверности кинетических параметров аустени­ зации, полученных М. Е. Блантером 114], Робертсом и Мейлем [15, 46], И. Л. Миркиным и М. Е. Блантером [47]. Не вдаваясь в по­ дробный анализ этой дискуссии, отметим лишь, что при нагреве ста­ ли внешним источником тепла (в печи, ванне) время, необходимое для формирования вполне равновесной аустенитной структуры, мо­

ции при статистическом подходе получено А. Н. Колмогоровым [45]:

где р — степень превращения за время тр, G — линейная скорость роста сферического зародыша, N — скорость появления зародышей

вединице объема за единицу времени (G и N постоянны во времени).

А.Г. Спектор [48] обобщил результат (10) на случай переменных

G и N, но таких, что отношение-^- = Р не зависит от температуры,

и получил кинетическое уравнение процесса аустенизации при на­ греве стали с постоянной скоростью (см. уравнение (2)).

Для расчета кинетики по уравнению (2) требуется знать вид за­ висимости G (t) и величину параметра Р, не зависящего от темпера-