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

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 14.10.2024

Просмотров: 44

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Теперь следует кратко остановиться на рентгеногра­

фических

данных, касающихся

структурной

наследст­

венности при быстром нагреве закаленной стали.

 

Являющийся основой такой

наследственности

эф­

фект

восстановления исходного

зерна

обнаруживался

при

рентгеноструктурном анализе уже

в ранних

иссле­

дованиях

[23, 24]. Недавно для

ряда

сталей

(18ХНВА,

37ХНЗА, 37ХНЗМ и 40X13) этот же результат 'был по­ лучен с помощью высокотемпературной рентгенографии [25]. Исследование проводилось на образцах крупно­ зернистых сталей, полученных путем закалки от 1300°С,

атакже на монокристаллах, выращенных из расплава

[26].Исходная ориентировка отдельных крупных зерен пли монокристаллов (с мартенситной структурой) опре­ делялась по остаточному аустеииту (см. [22]); измере­ ние ориентировки зерен аустенита, получающихся при быстром нагреве, проводилось в специальной установке для рентгеновской съемки при высоких температурах. Нагрев образцов осуществлялся пропусканием тока,

скорость нагрева

составляла 100—500 град/сек;

съемка

проводилась при

900°С,

в

отдельных

случаях

после

подстуживания

в

лону

повышенной

устойчивости

пере­

охлажденного

аустенита

при 450—500°С.

 

 

Рис. 28. Кристаллографиче­ ская ориентировка зерен ау­ стенита стали 18ХНВА (0,18°^ С; 2,1% Cr; 4,5% Ni; 0,90%

W), положение осей 100

[25]:

/ — в

исходном

состоянии;

2 —

после

повторного

быстрого

на­

 

грева д о

90Й"С

 

Сопоставление кристаллографической ориентировки исходного зерна аустенита (оцениваемой но рефлексам остаточного аустенита) и зерна, полученного на его мес­

те при повторном

нагреве,

показывает, что

они совпада­

ют (рис. 28). В

этом же

исследовании

отмечается и

следующее важное

обстоятельство.

 

Ранее, при изучении структуры закаленных моно­ кристаллов конструкционных сталей [27] было устаRi


рая

после превращения

у — а

становится плоскостью ти­

па

(011) мартенсита. Поскольку

ОСО 'не

различаются

ориентацией аустенита

(которая

одинакова

для

всего

монокристалла), то, очевидно,

их

появление

связано с

мартенситным превращением

при

охлаждении.

Оказа­

лось, что при повторном быстром інагреве и закалке мо­ нокристалла полностью воспроизводятся и области се­ лективного отражения. Этому соответствует и совпаде­

ние ориентации

мартенсита

в

исходном

состоянии и

после повторной

закалки

(рис.

30) — факт,

зафиксиро­

ванный

еще

и в

прежних

рентгенографических

исследо­

ваниях

[23,

24]

(см. также

[28]).

Сказанное

в полной

мере относится,

конечно,

не

только

к

монокристалли­

ческим

образцам, но и к каждому зерну

в поликристал-

Рис. 30. Ориентировка мартенсита в зерле стали 18ХНВА (0,18% С;

2,10%

Cr;

4,50%

Ni;

0,90%

W) в исходном

состоянии — после за­

калки

от

1300°С

(а)

и после

повторной

закалки от 850°С с быст­

 

 

рым

нагревом в

свинцовой

ванне

(б") і[25]

лическом состоянии. Таким образом, можно заключить, что при восстановлении зерна в результате быстрого нагрева закаленной стали, восстанавливается не только величина, форма и ориентировка зерна исходного аус­ тенита (существовавшего в момент перегрева или после затвердевания расплава — в опытах с монокристаллами), но и те внутренние особенности его структуры, которыми задается группировка мартенсптмых кристаллов при закалке. Это подтверждается и металлографической

53


чпть, что комплекс мелких аустенитиых зерен, образу­ ющихся при нагреве в объеме каждого исходного рас­ павшегося мартен-ситного (пли бейннтного) •псевдозер­ на, не является собранием совершенно случайно ориен­ тированных кристаллитов. Именно это обстоятельство, по-видимому, лежит в основе наследственности, прояв­ ляющейся в изломе стали, которая рассматривается подробнее в гл. V.

* *

*

При достаточно быстром (сотни градусов в секунду) нагреве закаленной и неотпущенной стали реализуется особый кристаллографически упорядоченный механизм образования аустенита, сходный с обратным мартенситным превращением в высоколегированных сплавах, в результате чего происходит восстановление зерна ис­ ходной структуры. В меру уменьшения скорости нагре­ ва, все в большей степени получают развитие процессы отпуска и нормальный контролируемый диффузией ме­ ханизм образования аустенита, сопровождающийся из­ мельчением зерна.

Г л а в а III

СТРУКТУРНАЯ

НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ ПРИ М Е Д Л Е Н Н О М НАГРЕВЕ СТАЛИ

В случае очень быстрого нагрева закаленной стали влияние скорости нагрева на образование аустенита ос­ ложнено различиями в степени отпуска еще при субкритических температурах.

Рассмотрим влияние скорости нагрева в критичес­ ком интервале температур. Если за счет предваритель­ ного высокого отпуска исключить возможное влияние скорости нагрева на состояние, в котором сталь прибли­ жается к началу критического интервала, то влияние скорости нагрева в самом этом интервале представляет­ ся в следующем виде.

56

Очень быстрый нагрев, который для неотпущенпой стали обеспечивал бы упорядоченный механизм превра­ щения и восстановление исходного зерна, для отпущен­

ной

стали ведет к

неупорядоченному, бездиффузионно­

му

формированию

аустенитной структуры, развиваю­

щейся* из множества центров; выше точки

Асг получает­

ся мелкозернистый аустенит1 .

 

 

 

Зерно аустенита растет с уменьшением скорости на­

грева

соответственно

сокращению числа

центров, из

которых развивается

неупорядоченное

превращение

(рис.

34).

 

 

 

 

 

Следующие

обстоятельства

представляют

здесь

очень

большой

интерес.

 

 

 

1.

Постепенное, по

мере снижения скорости

нагре­

ва, сокращение

числа

центров

неупорядоченного

прев­

ращения при достаточно медленном нагреве приводит к

тому, что оно падает практически до нуля;

образование

аустенита

осуществляется упорядоченным

механизмом,

и тогда на месте каждого мартенситного

псевдозерна

выше АСІ

получается единое зерно аустенита, по вели­

чине, форме и ориентировке воспроизводящее зерно ис­ ходной структуры. В этом заключается эффект восста­

новления

зерна при

медленном

нагреве

стали (рис.

35, 34,а)

[29—32].

 

 

 

2. При

известных

условиях

нагрева

в критическом

интервале

температур можно наблюдать

параллельное

протекание упорядоченного и неупорядоченного превра­ щений. На .рис. 36,а представлена микроструктура той же стали 35ХГС, предварительно закаленной от 1300°С; после нового нагрева до 860°С со скоростью 6 град/мин и закалки: некоторая доля объема каждого аустенитно-

го зерна уже перешла в двухфазное

аустенито-феррит-

ное состояние

упорядоченным

путем,

 

причем

аустенит

образует

фон

или

матрицу,

в

которой

еще

включены

остатки

нераетворившегося

феррита,

тогда как

рядом

имеются

сформировавшиеся

 

в процессе неупорядочен­

ного роста участки

(белые

поля), оконтуренные

четкой

высокоугловой

границей, появление

которых,

очевидно,

1 Мы рассматриваем здесь конструкционные стали обычной сред­

ней легпрованности. Выше уже отмечалось, что

повышенная степень

легированное™ может вести к тому, что даже

и в отпущенной ста­

ли реализуется

упорядоченный

механизм

образования

аустенита

(см. рис. 21).

 

 

 

 

 

 

 

 

57



ответствует и более высокая твердость белых .полей (рис. 36,6)*.

Создается впечатление (мы вернемся к этому в гл. VI), что очерчивающие эти участки выеокоугловые гра­ ницы, при движении в 'направлении упорядоченного аустенито-ферритного фона как бы вычерпывают избы­ точный феррит.

На рис. 38 представлена микроструктура стали 37ХНЗА, предварительно закаленной от 1300°С после нагрева при 740°С в печи (это соответствует довольно

медленному переходу через

критическую точку

Ас\) в

течение 5 мин,

1 и 6 ч с последующей закалкой.

 

Дан­

ные измерения

микротвердости показывают, что

уже

после Ъ-мин выдержки внутренняя часть исходных

зе­

рен претерпевает частичное

(упорядоченное)

превра­

щение в ^-состояние, тогда как около границ исходного

зерна образуется сетка участков полного

(неупорядо­

ченного) превращения.

 

 

Со временем эти

по-новому ориентированные (см.

с. 65—67 и рис. 42)

зерна

врастают в аустенито-ферркг-

ную матрицу и полностью

ее заменяют:

наметившийся

вначале процесс упорядоченного превращения наруша­

ется из-за развития белых полей, и эффект

восстанов­

ления зерна не реализуется (рис. 38,6, в),

С увеличени­

ем выдержки при 740°С повышается твердость аустени-

то-ферритной матрицы, что указывает «а

постепенное

растворение избыточного феррита, которое

могло бы

завершиться полным восстановлением исходных зерен, если бы (в критическом интервале) не развивались бе­

лые поля. Это представлено на

рис. 39—-для

стали

35ХГС в случае ее непрерывного

нагрева

со

скоростью

1 град/мин.

Увеличение

скорости

нагрева

приводит, как

уже отмечалось

(см. рис. 34), к развитию

 

неупорядо­

ченного превращения. При этом

решающее

значение

имеет скорость нагрева в начале

критического

интер­

вала. На рис. 40 представлены результаты

опытов с

медленным

(2 град/мин)

нагревом до температур

ниже

и чуть выше Асі

с последующим

быстрым нагревом до

940°С и закалкой. Такой ускоренный нагрев из субкритической области приводит к получению мелкого зерна

* Нужно напомнить, что после охлаждения фактически измеря­ ется твердость мартенсито-феррптноіі или чисто мартенснтной струк­ туры.

61