Файл: Физические основы электротермического упрочнения стали..pdf

образования аустенита двумя путями — диффузионным продвиже­ нием растущего фронта аустенита благодаря флуктуациям углерода в феррите либо бездиффузионной перестройкой а-решетки в у-решетку того же состава, т. е. образованием на первой стадии малоуглеро­ дистого метастабильного аустенита с последующим диффузионным науглероживанием готовой аустенитной решетки до равновес­ ного состава. Вопрос о реализации диффузионного или бездиффу­ зионного пути аустенизации может быть решен на основе экспери­ мента, в котором определяются концентрационные условия образо­ вания аустенита. В дальнейшем под механизмом аустенизации мы будем подразумевать именно концентрационный характер образова­ ния у-фазы из перлита, не вдаваясь в тонкости кристаллоструктур-

причиной дискуссии по поводу состава образующегося при нагреве аустенита и часто вынуждало исследователей определять процесс аустенизации на основании косвенных, а не прямых эксперименталь­ ных данных. Лишь в последние годы благодаря усилиям, направлен­ ным на создание комплексных, достаточно автоматизированных и быстродействующих методов исследования, удалось поставить пря-

'но при температурах его образования в процессе быстрого электро­ нагрева.

Рассмотрим результаты концентрационных исследований аусте­ нита, полученные при помощи скоростной рентгеновской съемки аустенита и быстродействующего магнитометра переменного токае применением метода закалок.

Исследования проводились на специальной рентгеновской уста­ новке, позволяющей периодически (через каждые 0,03 сек) фикси­ ровать на осциллограмме параметры сс- и у-фаз 165]. Время записи одной линии составляло около 0,003 сек. Параметры феррита и аустенита регистрировались при нагреве стали со скоростями до 500—800 град/сек. Одновременно на осциллограмму записывались дилатометрическая и термическая кривые. В результате обработки осциллограмм получены данные об изменении параметров решеток

±0,0002 нм. Температура фазового превращения при этой скорости нагрева составляет 915—920°С, что согласуется с данными, приве­ денными на рис. 5. Длительность фазового превращения составляла

44 0,12—0,15 сек.

Весьма интересные результаты получены при исследовании эв­ тектоидной стали с 0,85% углерода. При нагреве отожженных об­ разцов со структурой мелкопластинчатого перлита первые призна­ ки аустенита появились в области 780—790° С (рис. 17, б). При ско­ рости нагрева 500 град/сек, применявшейся в этом исследовании, такая температура образования аустенита хорошо согласуется с температурой критической точки, определенной дилатометрически (см. рис. 1). Рентгенографически образование аустенита при нагре­ ве закаленных образцов начинает фиксироваться при температуре около 760° С, что также соответствует дилатометрическим опре­ делениям. Интересно проследить, как изменяются параметры а- и у-фаз эвтектоидной стали. При нагреве как отожженных, так и за­ каленных сталей параметры а-фазы в интервале температур от 500° С до температуры фазового превращения в основном одинаковы. Это означает, что к моменту начала фазового превращения а-фаза за­ каленной стали успевает полностью освободиться от углерода, ко­ торым она была пересыщена в состоянии мартенсита, и, таким об­ разом, концентрационное состояние феррита, участвующего в пре­ вращении, одинаково как у отожженной, так и у закаленной стали.

При определении содержания углерода по величине параметра первых порций аустенита в обоих случаях получены одинаковые значения, близкие к эвтектоидной концентрации (0,9—1,0% угле­ рода). Это значение средней концентрации углерода в весьма неоднородном аустените, особенно в отожженной стали. Такой ре­ зультат однозначно свидетельствует об отсутствии в критическом интервале температур сколько-нибудь заметного количества мало­ углеродистого метастабильного аустенита. В противном случае средняя концентрация углерода в образовавшемся аустените неиз­ бежно оказалась бы меньше эвтектоидной.

необходимо было определить минимальную концентрацию углерода

подъема на магнитометрической кривой т, р , q на термическую кривую охлаждающегося образца определены положения мартенситной точки М, Р, QB условиях закалки от различных температур). Поскольку превращение начиналось с поверхностных слоев охлаж­ даемого образца, приваренная к поверхности термопара достаточно надежно регистрировала температуру начала превращения.

Примененный метод позволяет отмечать мартенситную точку наименее науглероженных участков аустенита, обладающих, как из­ вестно, более высокой температурой М н . Поэтому, несмотря на большую неоднородность аустенита, в начальный момент фиксиру­ ются только малоуглеродистые участки, но именно это и пред­ ставляет интерес в данном исследовании. При аустенизации отож­ женной стали У8А наблюдается наибольшая концентрационная неоднородность аустенита в закритической области температур, а при нагреве закаленной стали — минимальная (рис. 19). Неоднородность

резко возрастает при повышении скорости нагрева. При скорости нагрева 2000 град/сек закалкой сразу же после'дилатометрического сжатия удавалось фиксировать точку Мн на уровне 550—600° С, что соответствует аустениту с содержанием углерода около 0,1— 0,2%. Разумеется, не весь аустенит имеет такой состав, это лишь са­ мые малоуглеродистые его участки, в образовавшемся аустените име­ ется весь спектр концентраций углерода вплоть до максимального по линии S E диаграммы (рис. 20).

состояния легко установить, что аустенит такого состава при темпе­ ратуре его образования 870—900° С стабильный в том] смысле, что его устойчивое состояние термодинамически оправданно, поскольку фигуративная точка аустенита попадает в однофазную у-область диа­ граммы железо— цементит (т. е. правее линии G S ) . Совершенно естест­ венно, чтотакой термодинамически стабильный аустенит в концентра­ ционном отношении далеко не равновесный, так как непрерывно на­ сыщается углеродом вследствие диффузии последнего от нерастворившихся еще цементитных частиц. Концентрационные изменения в неоднородном аустените непрерывно продолжаются до тех пор, пока максимальный разбег концентраций от линии GS ROSE (СМ. рис. 20) не исчезает с окончательным образованием гомогенного аустенита, соответствующего среднему составу стали. Экспериментально по­ средством закалок от постепенно повышающихся температур получе­ на левая ветвь этой кривой гомогенизации, показывающая'кинетику науглероживания малоуглеродистых участков аустенита. Правую ветвь, характеризующую кинетику уменьшения максимальных