Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

функцией от температуры изотермы превращения tH. В табл. 3 по­ казано, как изменяется эта величина при увеличении скорости на­ грева и насколько точнее она определяется по расчету, чем экспери­ ментально.

На рис. 15 приведены теоретически построенная диаграмма изо­ термической аустенизации перлита при скоростном нагреве и экспе­ риментальные точки, полученные в условиях непрерывного электро­ нагрева [56], а также по данным М. Е. Блантера [14] (нагрев в ван­ нах), А. П. Гуляева и В. М. Залкина [13] (электронагрев с искус­ ственным поддержанием изотермы при периодическом включении

тока). Сравнение кривых показывает, что поступление тепла к об­ разцу за счет теплопроводности или в виде импульсов тока затяги­ вает превращение, искажает истинную кинетику, свойственную са­ мому фазовому превращению.

Следует заметить, что построенная по естественной термической площадке при непрерывном электронагреве диаграмма аустени­ зации является истинной только в смысле общей длительности пре­ вращения Дт. Линия условного начала превращения находится зна­ чительно правее, чем следовало бы, если бы превращение протекало

ссамого начала в идеально изотермических условиях. Определить

ееправильное положение на диаграмме можно было бы только при мгновенном нагреве до температуры изотермы с последующим под­ держанием температуры на этом уровне при помощи безынерцион­ ного терморегулятора. Тем не менее истинную изотермическую диаграмму можно построить, использовав данные о длительности пре­ вращения Ах, полученные в экспериментах по скоростному электро-

средственно из теоретического результата (16), согласно которому время изотермического подхода к некоторой стадии превращения в три раза меньше времени, необходимого для достижения той же

степени превращения при непрерывном нагреве: тн = - 4 - V

МЕХАНИЗМ ОБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА В УГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЯХ

Механизм образования аустенита при нагреве гетерогенной смеси двух фаз (феррита и цементита) представляет принципиальный ин­ терес с точки зрения теории фазовых превращений. Внутренняя противоречивость этого процесса отмечалась еще С. С. Штейнбергом [60] и К. П. Буниным [61].

Действительно, в соответствии с диаграммой равновесия Fe — Fe3C образование аустенита вблизи эвтектоидной температуры требует концентрации углерода до 0,8%, но перенасыщение твердо­ го а-раствора до таких концентраций вблизи температуры Л х невоз­ можно, и, для того чтобы такая концентрация устойчиво возникла, требуется образование у-решетки, т. е. аустенита. Таким образом, в точке Аг феррит перлита не может создать концентрационную «под­ кладку» для аустенита, а аустенит не может образоваться из ферри­ та, содержащего всего около 0,04% углерода, из-за термодинамиче­ ской нестабильности. С термодинамической точки зрения это проти­ воречие разрешается с помощью флуктуационных представлений. При нагреве стали в критическом интервале температур, согласно И.''Л. Миркину [62], допускается возникновение концентрационных

и гетерофазных флуктуации, которые лишь в случае их совпадения

впространстве и времени приводят к появлению устойчивого заро­ дыша у-фазы. Такие же флуктуации и условие их совмещения со­

здаются при температурах ниже Alt но зародыши при этом оказы­ ваются термодинамически нестабильными и сразу релаксируют.

Лишь при температурах, превышающих точку Аи возникшие флук­ туации решетки становятся стабильными, однако и в этом случае должны выполняться еще два условия: 1) наблюдаемая флуктуация углерода такова, что его концентрация (локальная) в некотором объеме достигает значения, не меньшего, чем требуется линией GS диаграммы состояния; 2) обе флуктуации (концентрационная и ре­ шеточная) наблюдаются в объеме решетки, превышающем критиче­ ский размер зародыша. Устойчивый (стабильный) зародыш аустени­

требуется обязательного их совпадения. Например, можно предпо­ ложить, что для образования стабильного зародыша аустенита эвтектоидного состава достаточно, чтобы непосредственно у цементитной частички в а-решетке произошла лишь концентрационная флуктуация (до состава 0,8% углерода в феррите), и ужена готовой концентрационной подложке происходит образование у-решетки. Та­ ким образом, ведущую роль здесь играют флуктуации концен­ трации, а изменение решетки а у является вторым этапом пре­ вращения и не флуктуационным, я вполне направленным процессом, закрепляющим неустойчивые флуктуации углерода в феррите. Каки в первом случае, образовавшийся зародыш может расти только при условии своевременной подачи новых порций углерода, необходимого для обеспечения новых флуктуации концентрации углерода на передней кромке растущей у-фазы. Поэтому появление зародышей аустенита более вероятно на межфазной границе феррит — цемен­ тит, а также в местах сегрегации углерода на различных дефектах кристаллической решетки — границах зерен, элементах субструк­ туры или просто на дислокационных трубках с достаточно плотными атмосферами из атомов углерода. Это также вариант диффузионного микромеханизма появления аустенита, но следует заметить, что он больше соответствует росту аустенитного зародыша, чем его1 зарож­ дению, так как прибавление новых слоев у-фазы к растущему заро­ дышу, т. е. перестройка а-решетки в у-решетку на готовой маточной подложке из аустенита,— процесс более простой, чем независимое флуктуационное возникновение у-решетки в ферритной фазе.

Другой вариант флуктуационного механизма возможен, когда более «подвижными» (ведущими) являются флуктуации гетерофазного типа, т. е. локальные решеточные переходы а ->- у . Если время жизни флуктуационных образований у-фазы достаточно ве­ лико, то они по-существу являются метастабильными зародышами аустенита, которые становятся вполне стабильными только после их науглероживания до равновесного (по линии GS диаграммы) со­ става. Этот механизм можно было бы отнести к бездиффузионным образованиям метастабильного аустенита, если бы оказалось, что гетерофазные флуктуации настолько устойчивы, что позволили бы перевести в малоуглеродистый аустенит весь имевшийся в стали феррит или его значительную часть. Последующее диффузионное насыщение аустенита углеродом происходило бы не в месте образо­ вания новых порций у-фазы, а позади этого фронта, с более или ме­ нее значительным отставанием от фазовой перекристаллизации. При определении концентрации углерода в зарождающихся пор­ циях аустенита удалось бы зафиксировать метастабильный аусте­ нит, содержащий углерод в меньшем количестве, чем требуется ли­