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

непосредственно с образованием аустенита, а с каким-то процессом, происходящим уже в аустепнтном состоянии.

Следовательно, именно в аустеіштпой области может быть расположена некоторая критическая температура или, точнее сказать, 'интервал температур, с которым свя­ зано резкое изменение микроструктуры п вида излома стали. Поэтому опыты, реультаты которых кратко сфор­ мулированы выше (п.п. 1—3), можно рассматривать как обосновывающие открытия новой критической температу­

времени казалось, что дело идет действительно о новей критической точке. Однако внимательное ознакомление со знаменитым письмом Д. К. Чернова М. А. Павлову [114] заставляет признать, что эта критическая точка пол­ ностью отвечает определению, которое дано было Черно­ вым его точке Ь. Из этого же «Письма» следует, что Чер­ нов никогда и не соглашался с безоговорочным отожде­ ствлением точки b с точкой Асъ. Проведенные исследова­ ния только очень ясно показали, что точка рафинировки структуры (а именно этот признак был положен Черно­ вым в основу определения точки Ь) может и не совпадать с точкой завершения фазового превращения. Это не должно казаться неожиданным. Известно, что диаграм­ мы фазового состояния не характеризуют структуру, зависящую не только от фазового состояния, но и от ки­ нетики и структурного механизма фазовых переходов.

Точка b Чернова — есть структурная точка, так как в основу ее определения положено изменение структуры. Эту точку нельзя прочесть на диаграмме состояния, по­ тому что предусматриваемые диаграммой фазовые прев­ ращения (например, образование аустенита) могут осу­ ществляться различными путями, и только в зависимо­ сти от характера того или иного пути может наблюдать­ ся или не наблюдаться рафинировка структуры.

•Когда формирование аустенитной структуры при на-

1 Заметим здесь, что вначале особенно привлекали внимание положения, изложенные в п. 2, и особенно поражала возможность сохранения крупнозернистого излома, при мелком зерне в микро­ структуре, и поэтому в характеристике «новой» критической точки особо подчеркивалось исправление вида излома [113, 39].

167

Греве стали осуществляется «нормальным» механизмом, следуя обычной кристаллизационной схеме, рафинировкз структуры совпадает с точкой Асз, а следовательно, сов­ падают точки b и Лс3 . Но, когда процесс образования ау­ стенита осуществляется упорядоченным сдвиговым ме­ ханизмом, тогда он не сопровождается изменением вели­ чины зерна, пока (при температурах значительно пре­ вышающих Ас3) не наступит рекристаллизация аустени­ та из-за внутреннего (фазового) наклепа. В этом случае точка b Чернова совпадает с точкой (лучше сказать — интервалом) рекристаллизации и вполне правильно ска­ зать здесь, что точка b Чернова — есть точка рекристал­ лизации аустенита.

Иногда как отмечалось в гл. I I I , аустенит образуется и при медленном нагреве таким механизмом, при котором очень ярко проявляется ориентационная связь его с ис­ ходной структурой — фактически процесс образования аустенита не сопровождается никакими изменениями ве­ личины и ориентации кристаллитов. Можно несколько раз нагреть сталь выше Асъ (всякий раз подвергая ее закалке) и структура ее останется такой же крупнозер­ нистой, как была. Не очень резко выраженная рафииировка структуры и излома наступает опять-таки при тем­ пературах, существенно превышающих Лс3 , в результате процесса, который предположительно можно трактовать как рекристаллизацию аустенита. Во всяком случае, он совершается в однофазном состоянии и при температу­ рах, отнюдь не совпадающих с Ас3. Следует добавить еще, что в некоторых недостаточно еще исследованных случаях, отсутствие рафинировки структуры при перехо­ де в аустенитное состояние и рекристаллизация аустени­ та при дальнейшем повышении температуры наблюда­

рафинировки крупнозернистой структуры, указал темпе­ ратуру, выше которой нужно нагреть сталь для такой ра­ финировки, и обозначил эту температуру точкой Ь.

Теперь совершенно надежно установлено, что эта тем­ пература не обязательно совпадает с точкой Лс3 , но это все же есть температура рафинировки и, следовательно, это есть точка b Чернова. В сталях, с которыми работал Д. К- Чернов (1868 г.), температура исправления круп-

168

нозернистой структуры, вероятно, совпадала с Лс3 * и в основе рафинировки структуры лежало непосредственно фазовое превращение — процесс образования аустенита (заметим, кстати, — и распад его при охлаждении).

В случае, рассмотренном в п. 1, исправление струк­ туры не только происходит при температурах, не совпа­ дающих с Ас3, но и процесс, обусловливающий этот эф­ фект— другой. Это — рекристаллизация аустенита, свя­ занная с 'внутренним і(фазовым) наклепом. Можно ли этот случай рассматривать как не относящийся к точке b Чернова? По-видимому, нельзя, поскольку начальное оп­ ределение точки b сохраняется — имеется температура, нагрев выше которой исправляет крупнозернистую струк­ туру. То же самое можно сказать о случае, рассмотрен­ ном в п. 2, с той лишь разницей, что здесь рассматрива­ ется структура, оцениваемая по виду излома (что, впро­ чем, даже ближе к наблюдениям Д. іК. Чернова) и труд­ нее утверждать что-либо определенное о природе того процесса, с которым связано исправление вида излома. Бесспорно лишь, что это не фазовое превращение и не его завершение в точке Ас3. При обстоятельствах, изложен­ ных в п. 3, опять-таки совершенно ясно, что переход через

лизации в твердом состоянии, точка рафинировки струк­ туры и именно в этом значении она должна занимать место в теории термической обработки стали (и не только стали!). Физическая же природа процессов, с которыми связана рафннировка структуры может быть различной.

169

Принижает ли такая трактовка значение сделанных

Д.'К. Черновым открытии? Вряд ли, скорее — наоборот.

Д.К. Чернов открыл возможность перекристаллизации в твердом состоянии, связанную с внутренними превраще­ ниями, ведущими к изменению кристаллического сло­ жения стали, и, как сказалось в дальнейшем, обусловлен­ ных существованием полиморфизма железа1 .

Между тем в обычной трактовке точка b всего лишь

значение в теории термической обработки стали и других сплавов; вмсте с тем эта новая трактовка не противоре­ чит старой, как бы включая ее в себя, поскольку в очень многих случаях момент исправления излома и структуры стали совпадает с нагревом ее на 20—-30 град выше точ­ ки Лез, что означает, конечно, численное совпадение точек Лс3 и Ь, связанное с тем обстоятельством, что в большин­ стве случаев процесс формирования аустенитной струк­ туры осуществляется кристаллографически неупорядо­ ченным механизмом.

Фактически наблюдающаяся сложная картина изме­ нений металлографической структуры и вида излома при нагреве стали выше критических точек не согласуется с безоговорочным отождествлением Ас3 и точки b Черно­ ва. Последняя относится к чисто структурным изменени­ ям, совершающимся при нагреве стали, и не связана не­ посредственно с диаграммой состояния.

1 Заметим кстати, что возникающий при упорядоченном сдвиго­ вом превращении внутренний (фазовый) наклеп (и связанная с ним рекристаллизация аустенита) обусловлен полиморфизмом железа (см. в этой связи [119—121]).

170

Г л а в а X

ЗН А Ч Е Н И Е С Т Р У К Т У Р Н О Й

НА С Л Е Д С Т В Е Н Н О С Т И

Естественно, что практические выводы, которые могут быть сделаны из .приведенного выше рассмотрения зако­ номерностей структурных превращений при нагреве ста­ ли, касаются в первую очередь тех видов термической обработки, которые имеют целью исправление крупно­ зернистой структуры — отливок, перегретых поковок, штамповок или проката, сварных швов и т. д.

Главное в том, что общепринятое правило, по кото­ рому исправление структуры может быть достигнуто нагревом стали выше критической точки Лс3 , оправдыва­ ется далеко не всегда и имеет много исключений. При­ менительно к легированным конструкционным сталям, можно остановиться на следующих положениях более частного характера.

'1. Все проявления структурной наследственности существенно зависят от исходной структуры стали; труд­ ности с исправлением структуры и вида излома возни­ кают при исходных структурах кристаллографически упорядоченного типа (мартенсит, бейнит, видманштеттова структура). Нельзя рассчитывать в этом случае на обязательное и полное исправление структуры доэвтектоидной стали в результате нагрева лишь незначительно выше точки Асъ — исправление структуры и излома мо­ жет быть только частичным или совершенно отсутство­ вать. Это значит, что осложнения с исправлением круп­ нозернистой структуры наиболее вероятны при терми­ ческой обработке легированных сталей, способных подкаливаться (на мартенсит или бейнит) при охлаж­ дении в литейной форме, или на воздухе — после ковки, штамповки, прокатки, сварки.' Для углеродистых сталей, приобретающих в этих условиях обычную феррнтоперлитную структуру, возможность встретить какие-ли­ бо осложнения, связанные со структурной наследствен­ ностью, практически, почти исключена (кроме, впрочем, случая исходной видманштеттовой структуры).

Q. Существенное значение для успеха исправляющей структуру обработки имеет скорость нагрева в темпе­ ратурном интервале образования аустенита. Ускорен-

171

ІІЫІІ нагрев способствует получению более мелкозерни­ стой структуры; медленным нагрев может и совсем не изменить величину зерна аустенита по сравнению с ис­ ходной структурой. Вероятность встретиться с таким явлением полного отсутствия фазовой перекристаллиза­ ции при нагреве стали выше Ас3 особенно велика при нормализации или отжиге перегретых сталей, содержа­ щих добавки титана, ванадия, ниобия. Даже многократ­ ный медленный нагрев выше Ас^ (если каждый раз имеет место подкалка) может оказаться неэффективным в от­ ношении исправления структуры таких сталей. Увеличе­ ние скорости нагрева, как правило, приводит к измельче­ нию зерна уж при первом цикле.

Следует подчеркнуть значение процессов, .происходя­

структура, и крупнозернистая структура остается прак­ тически не исправленной '(см. рис. 8). Но достаточно после первого нагрева охладить сталь так, чтобы про­ изошел распад аустенита с образованием феррито-пер-

кристаллизации при медленном нагреве (после сильного перегрева и закалки) свойственно многим, но не всем сталям. В зависимости от степени и характера легиро­

3. Особый случай представляет очень быстрый на­ грев (электронагрев, нагрев в соляных ваннах) зака­ ленной стали, когда непосредственно выше Ас3 получа­ ется зерно аустенита, равное исходному, т. е. также от­ сутствует фазовая перекристаллизация. Такое восста­ новление зерна наиболее вероятно при быстром нагреве неотпущенной стали, а также стали с исходной бейнитной структурой. Повышение температуры или некоторая выдержка в надкритической области приводят к резкому измельчению зерна аустенита и полному исправлению вида излома.

172