Файл: Садовский, В. Д. Структурная наследственность в стали.pdf

вом, что при охлаждении от температуры перегрева! зерно аустенита разбивается на многочисленные перлит­ ные колонии и, таким образом, кристаллитная структу­ ра стали рафинируется уже самим процессом диффузи­ онного распада аустенита.

Однако в отдельных случаях и при нагреве перлит­ ной структуры зафиксировано не только восстановление исходного зерна, но и самопроизвольная рекристаллиза­ ция полученного аустенита. В частности, структурная наследственность достаточно ярко проявляется при мед­

П Е Р Е К Р И С Т А Л Л И З А Ц И Я В С Т А Р Е Ю Щ И Х С П Л А В А Х

В этой главе, не имеющей прямого отношения к структурной наследственности и фазовой перекристалли­ зации при нагреве стали, речь пойдет о возможности ис­ правления крупнозернистой структуры твердых раство­ ров, основа которых не претерпевает при нагреве и ох­ лаждении превращений, сопровождающихся изменением типа кристаллической решетки.

Естественно, что здесь имеется в виду исправление структуры путем термической обработки, без привлече­ ния наклепа и рекристаллизации.

В гл. V I уже указывалось, что существует особый тип распада стареющих сплавов — гетерогенный распад, при котором кристаллиты исходного пересыщенного твердого раствора разбиваются на участки с разной ори­ ентацией. Таким образом, этот тип старения сопровож­ дается перекристаллизацией — в том смысле, что каждое исходное, например, крупное зерно превращается в ком­ плекс по-новому ориентированных объемов, т. е., по су­ ществу, крупное зерно заменяется мелким. Монокристалл в результате гетерогенного старения превращается в по­ ликристалл,

Сохранится ли этот результат гетерогенного распада, если теперь нагреть сплав до температур, находящихся

№

и области полного растворения фазы выделения, т. е. вы­ ше кривой растворимости (рис. 94)? В литературе по этому вопросу встречаются несколько противоречивые данные. Иногда после нагрева сплава, претерпевшего гетерогенный распад, обнаруживалось частичное или пол­ ное восстановление исходных кристаллов [115, 117, 118]і в других случаях исходный моно­ кристалл превращался в поли­ кристалл [116]. Рентгеноструктурные и металлографические исследовайия [96] позволяют счи­ тать, что результат нового на­ грева в отношении перекристал­ лизации зависит от степени предварительного гетерогенного рас­ пада. Если удается осуществить полный распад по гетерогенному механизму, то после нагрева до температур однофазной области получается поликристаллическая мелкозернистая структура.

Образцы сплава меди с 4,3% титана перегревали до 930—940°С, выдерживали при этой температуре 2—3 ч для получения крупного зерна и закаливали в воде (рис. 95,а). Последующее старение проводили при 600°С. По­ сле старения 30 ч во всем объеме образца наблюдалась только перлитообразная пластинчатая структура как результат полного гетерогенного распада (рис. 95,6).

После нагрева до 820°'С для растворения фазы выде­ ления (Си3 Ті) и закалки обнаруживается существенное измельчение зерна (рис. 95,а). Наличие в исходном со­ стоянии— после закалки от 930°С — достаточно крупно­ зернистой структуры позволяло проводить определение кристаллографической ориентации отдельных зерен и следить за структурными и фазовыми превращениями в пределах одного исходного монокристального зерна. Для произвольно выбранного зерна 'была определена крис­ таллографическая ориентация (рис. 96,а). После старения в течение 30 ч на лауэграмме не обнаруживается исход­ ной ориентации, а при съемке в характеристическом из­ лучении на рентгенограмме наблюдается типичная для мелкозернистого поликристаллического материала кар­ тина (рис. 96,6) с линиями двух фаз.

159

однофазного твердого раствора развивается в меру про­ движения этой границы .в направлении, обратном ее движению ів процессе распада, когда она являлась сред­ ством ускорения при достижении двухфазного равнове­ сия. Итак, измельчение кристаллитной структуры, проис­ ходящее в сплавах, претерпевающих гетерогенный распад при старении, может сохраняться полностью или частично после нагрева в область однофазного твердого раствора. Этот простой эффект может быть использован для ис­ правления крупнозернистой структуры в стареющих сплавах, претерпевающих распад по гетерогенному ме­ ханизму [118, 96].

•В гл. IV приводились примеры, показывающие, что существование полиморфного превращения не обязатель­ но влечет за собой возможность фазовой перекристал­ лизации (титан, кобальт). В рассмотренном случае, на­ против, фазовая перекристаллизация оказывается воз­ можной при отсутствии превращения, сопровождающе­ гося изменением кристаллической решетки основы спла­ ва. Любопытно, что в данном случае перекристаллизация происходит в процессе распада при отпуске (старении), и

нением кристаллической решетки, если распад при ста­

b Чернова, которая 'была выдвинута несколько лет на­

щая почти общепринятое безоговорочное отождествление точки b с точкой Ас3 фазовой диаграммы, принижает зна,-

164

чение сделанных Черновым более 100 лет назад откры­ тий, ставит под сомнение приоритет Чернова в открытии полиморфизма железа. Иногда новая трактовка точки Ь излагается слишком узко и прямолинейно.

Поэтому есть основание дать здесь некоторые пояс­ няющие замечания. Хотелось бы подчеркнуть при этом, что действительно важным в этих спорах является не столько установление какого-то окончательного взглядз на точку Ь, поскольку всегда могут найтись лица, предпо­ читающие привычную концепцию, сколько уяснение дей­ ствительной картины фазовой перекристаллизации при •нагреве стали.

Вероятно, все согласны, что точка b Чернова — есть точка перекристаллизации в твердом состоянии, заменя­ ющей крупнозернистую структуру 'Мелкозернистой и что именно открытие этой замечательной возможности рафинировки зерна стали путем нагрева ее выше некото­ рой критической температуры составляет центральный пункт работы Чернова 1868 г.

Впоследствии было выяснено, что эта рафикировка крупнозернистой структуры связана ,с происходящими при нагреве (и охлаждении) стали фазовыми превраще­ ниями— именно с образованием аустенита, и точка Ь ста­ ла отождествляться с температурой, при которой завер­ шается процесс образования аустенита, т. е. с точкой Лс3 . Заметим, что много лет справедливость такого отождест­

ных фактов, установленных сравнительно уже давно, по­ казывает, что действительная картина фазовой пере­ кристаллизации может быть значительно более сложной, чем это обычно предполагают. Напомним еще раз глав­ ные из этих фактов.

1. Если предварительно перегретую и закаленную от высокой температуры1 сталь подвергнуть новому доста­ точно быстрому нагреву, то легко обнаружить, что обра­ зование аустенита не приводит к измельчению зерна в микроструктуре и тем более в изломе: непосредственно выше Асз получается крупное зерно аустенита, по величи­ не, форме и ориентировке совпадающее с исходным (с.у-

1 Речь тут никогда не шла о каком-либо аномальном перегреве, соответствующем возникновению камнештдыого излома и т. п. Этот вопрос достаточно освещен в работе [8].

165

шествовавшим в момент предварительного перегрева). Измельчение «восстановленного» зерна наступает при температурах, значительно превышающих (в условиях быстрого непрерывного нагрева) точку Ася, и нет никаких сомнений в том, что оно происходит в результате какогото процесса, совершающегося в однофазном аустенитном состоянии. Обоснованное предположение о том, что этим процессом является рекристаллизация аустенита из-за внутреннего (фазового) наклепа если и не полностью доказано то, во всяком случае, заслуживает внимания.

2. При не слишком быстром нагреве предварительно перегретой и закаленной стали, выше Асъ получается •мелкое зерно аустенита, однако в изломе сохраняются отчетливые следы перегрева, исчезающие опять-таки только при нагреве на температуры, значительно превы­ шающие Лс3 в результате каких-то изменений, происхо­ дящих в аустенитном состоянии. Нужно признать, что природа этих изменений остается невыясненной до сих пор; можно и в этом случае предполагать рекристаллиза­ цию аустенита из-за внутреннего наклепа, хотя возмож­ но, что следы перегрева в изломе устраняются из-за раз­ вития собирательной рекристаллизации.

3. Во многих случаях достаточно медленный нагрев предварительно перегретой и закаленной стали выше .4с3 (даже неоднократный) не сопровождается ни измельчени­ ем зерна в микроструктуре, ни исправлением излома. И опять-таки измельчение зерна наступает при температу­

в микроструктуре или изломе может наступить при бо­ лее высоких температурах, когда сталь, без сомнения, находится в однофазном аустенитном состоянии.

Значит, по крайней мере, в определенных условиях (предварительный перегрев и закалка) рафинировка крупнозернистой структуры оказывается связанной не

166