Файл: Сокол, И. Я. Двухфазные стали.pdf

ется более устойчивой вследствие меньшего содержания хрома и никеля.

Закалка с 1250° С зафиксировала нераспавшийся феррит, а отпуск при 600° С привел к выделению у' внутри зерен с характерной обедненной приграничной зоной, которая отсутствовала при отпуске предвари­ тельно деформированного образца, так как после холод­ ной пластической деформации распределение дефектов по всему объему материала стало более равномерным. Эти данные убедительно свидетельствуют о несомненной роли дефектов кристаллической решетки в процессе рас­ пада высокотемпературного 6-феррита [36].

Прямым подтверждением вакансионной модели обра­ зования приграничных зон, обедненных выделениями у', явилось определение их состава при помощи локального микрорентгеноспектрального анализа ', которое показа­ ло равномерность распределения хрома и никеля вблизи границы и в теле зерна 6-феррита в стали 00Х26Н6 после высокотемпературной закалки. Необходимо отме­ тить, что, по данным анализа на микрозонде, химиче­ ский состав игольчатых выделений вторичного аустенита после закалки совершенно не отличается от состава фер­ ритной матрицы. Это свидетельствует о том, что во вре­ мя превращения -успевает пройти только перестройка решетки без заметного развития диффузионных процес­ сов вследствие малой продолжительности выдержки. Поэтому перераспределение легирующих элементов между фазами будет протекать при замедленном охлаж­ дении или при повторном нагреве стали с подобной структурой до высоких температур. По данным этого же исследования, содержание хрома и никеля в равновесной

а образующийся 6-феррит становится еще более неустой­ чивым. Об этом свидетельствуют более крупные разме­ ры частиц вторичного аустенита (до 60 мкм) внутри и по границам огромных ферритных зерен (рис. 6, е).

В этом случае в отдельных участках структуры успе­ вает произойти рост зародышей по кристаллографиче­ ским плоскостям о. ц. к. матрицы, поэтому обедненная приграничная зона выражена менее четко.1

1 Выполнено В. А. Юматовым на микрозонде «Камека».

32

При пониженном содержании хрома в стали размер частиц у' уменьшается настолько, что их выделения в за­ каленном состоянии можно наблюдать только при элект­ ронномикроскопическом исследовании. Они часто имеют хлопьевидную форму и расположены как по самим гра­ ницам, так и внутри ферритных зерен, напоминая по внешнему виду «птичек» (рис. 6, эю) [37, 38].

Согласно данным работ [38, 39], вторичный аустенит, образующийся при повторном нагреве, имеет вид полых конусов, окруженных со всех сторон ферритной матри­ цей (рис. 6, з). Такая форма уг обусловлена, по-видимо- му, направленным ростом «крыльев» хлопьевидных за­ родышей преимущественно вдоль определенных кри­ сталлографических плоскостей о. ц. к. решетки.

2 . Влияние вторичного аустенита

на механические свойства

Литературные данные о влиянии выделений вторич­ ного аустенита на механические (в первую очередь — пластические) свойства двухфазных сталей довольно противоречивы [30, 40]. Это связано с тем, что очень часто (может быть, даже в большинстве случаев) обра­ зование кристаллов вторичного аустенита сопровождает­ ся одновременным выделением других фаз, в частности карбидов и о-фазы, которые оказывают решающее влия­ ние на свойства материала. Механизм процесса распада 6-феррита будет подробно рассмотрен в п. 4 настоящей главы, а пока основное внимание уделим связи между пластичностью и выделением из 6-феррита только одной у'-фазы.

Как уже указывалось ранеё, нагрев феррито-аусте­ нитных сталей до температур не ниже 1250° С приводит к полному исчезновению аустенитной составляющей. При этом наблюдается бурный рост ферритных зерен в связи с растворением пограничных прослоек у-фазы, являющихся непреодолимыми препятствиями на пути собирательной рекристаллизации двухфазных сталей. Хорошо известно, что чисто ферритные стали с крупно­ зернистой структурой склонны к хладноломкости и име­ ют достаточно высокую температуру перехода в хрупкое состояние. Выделения вторичного аустенита по границам зерен и по плоскостям скольжения при повторном нагре­ ве будут в этом случае играть роль вязких прослоек,

ментами по сравнению с равновесной у-фазой [31, с. 45] (см. п. 11 настоящей главы).

3. Выделение карбидов

Схема б-э-у'-превращения, рассмотренная в п. 1, мо­ жет быть полностью применена для безуглеродистых или стабилизированных двухфазных Сг—Ni сталей, в которых углерод практически целиком связан в труд­ норастворимые карбиды. Если же при нагреве до высо­ ких температур происходит растворение карбидов и аустенита, то последующая изотермическая выдержка пересыщенного углеродом 6-феррита при более низких

34

щей фазой такого процесса являются специальные кар­ биды Сг2зС6 (в системах Fe—Mo—С и Fe—W—С соответственно: (Мо, Ре)2зСб и Рез\УзС) [32, 42]. Выде­ ление карбидов при охлаждении сталей с двухфазной б-[-у-структурой может происходить также из аустенит­ ной составляющей.

Рис. 9. Диаграммы изотер­ мического распада 61-ферри­ та а стали Х27Н5М2 (а) и

аустенита в стали 24X25 с азотом (б)

36

Как видно из псевдобинарного разреза диаграммы состояния системы Fe—Сг—С (при 18% Сг), представ­ ленного на рис. 10, при охлаждении сталей с 0,1% С ни­ же 950° С происходит превращение аустенитной состав­ ляющей, стабильной при высоких температурах, в смесь феррита и карбидов.

Согласно исследованиям Неренберга и Лиллиса [43], распад аустенита в стали с 0,24% С, 0,17% N и 25% Сг

иб-феррита.

Вэтом случае схема процесса распада б-феррита'мо­ жет зависеть от режима термообработки. Это можно проиллюстрировать следующим примером. При повтор­ ном нагреве металла, закаленного из двухфазной обла­ сти, в первую очередь будут выделяться карбиды (как

правило, типа МеозСб). Они образуют сплошную отороч­ ку по границам 6/у (рис. 11,а). Образующийся затем вторичный аустенит у' выделяется на зернах первичного и микроструктурно не отличим от него, так что при электронномикроскопическом исследовании прерывистая цепочка карбидов, находившаяся в первый момент на стыке зерен 6/у, кал<ется расположенной не по границе у/у', а внутри монолитного аустенитного зерна (рис. 11,6). В этом случае распад б-феррита осущест­ вляется по схеме 6->Ме2зСб+у'.

37

Рис. 12. Схематические условия протекания различных механизмов распада б-ферри­ та в нестабилнзированных сталях при тер­ мической обработке:

а — замедленное охлаждение; 5 — повтор­

ный нагрев после закалки. Цифрами обо­

иыми на нее термокинетическими кривыми нагрева и охлаждения, представленная на рис. 12, хорошо согласует­ ся с экспериментальными данными [44].

4. Механизм процесса образования сг-фазы

При медленном охлаждении высокохромистых сталей ниже 800° С в структуре наблюдается появление новой фазы, которая получила название о-фазы.

Впервые сг-фаза («хрупкая составляющая») была обнаружена Бейном и Гриффитсом в 1927 г. Согласно исследованиям Кука и Джонса, область ее существова­ ния находится для чистых Fe—Сг сплавов в интервале 26—70% Сг. В работе Вильямса и Пакстона [45] выска­ зано предположение о более широкой области ее образо­ вания (рис. 13).

(4,544 А).

По данным Дикинса, Дугласа и Тейлора структура сг-фазы похожа на структуру (Гурана, который также является твердой и хрупкой фазой [42]. ст-фаза немаг­ нитна при комнатных температурах. Недавно было пока­ зано, что при минусовых температурах a-фаза имеет точку Кюри, т. е. приобретает ферромагнитные свойства.

Согласно данным, приведенным Гудремоном [42], образование сг-фазы приводит к значительному уменыпе-

39

нйго объема стали (0,22% в сплаве Fe — 46% Сг) тог­ да как в [46, 47] утверждается прямо противоположное положение — выделение с-фазы сопровождается силь­ ным увеличением объема, причем именно объемные изменения объявляются ответственными за хрупкость сигматизироваиных сталей.

По-видимому, последнее утверждение не является до­

ствие изменения его структуры. Эти данные могут быть объяснены схемой распада 6-феррита, при котором сжа­ тие за счет выделения вторичного аустенита компенси­ руется расширением вследствие образования ст-фазы.

Во всяком случае этот факт, наряду с заметным по­ вышением пластичности перегретых двухфазных сталей при образовании вторичного аустенита, которое сопро­ вождается значительным уменьшением объема металла, наглядно свидетельствует о том, что явления хрупкого разрушения не могут быть однозначно связаны только с объемными изменениями при фазовых превращениях.

По вопросу о влиянии выделений сг-фазы на жаро-1

1РЖ «Металлургия», 1971, № 4, реф. 4И143.

40