Межкритическом интервале

получения после закалки структуры мартенсита и сохранившегося при нагреве феррита, твердость и другие механические свойства стали оказываются более низкими по сравнению с закалкой от температур выше Ас-л. Однако в последнее время установлено, что при нагреве в межкритическом интервале происходит: рафинирование феррита по примесям (они уходят в аусте-нит), что делает феррит пластичным; получение двухфазной структуры низкоуглеродистой стали после закалки из межкритического интервала, состоящей из рафинированного феррита и островков мартенсита в тройных стыках зерен, что предопределяет низкие значения предела текучести при высоких значениях временного сопротивления. Низкое отношение ст.,/ов выгодно для глубокой штамповки листовых малоуглеродистых сталей, что предопределило использование двухфазных сталей после закалки из межкритического интервала в автомобильной промышленности (детали корпуса автомобиля).

Перлитные теплоустойчивые стали при непрерывном нагреве претерпевают а-у-переход, причем диффузионные параметры а- и /-фаз существенно различны. Следовательно, кинетика залечивания в а- и /-областях должна быть различной. Поэтому рассмотрим процесс залечивания применительно к трем температурным областям: области ниже Aci (а-область), области межкритического интервала Ас\ и А& и области выше /4с3 (/-область).

Для штамповки изделий, требующих повышенной прочности, применяют низколегированные «двухфазные стали» со структурой, состоящей из высокопластичной ферритной матрицы и упрочняющей фазы мартенсита или бейнита в количестве 20—30 % *. Такая структура получается в низкоуглеродистых (0,06—0,12 % С) низколегированных сталях (09Г2С, 09Г2, 16ГФР, 10Г2Ф, 12ХМ и др.) после закалки в воде из межкритического интервала температур 2 (между Асх — Ас3).

Примечание. В числителе дроби приведены механические свойства сталей после закалки из межкритического интервала температур, в знаменателе — после деформации иа 5 % и старения при 200 °С.

¦ марганец-ванадиевые стали с феррито-мартенситной структурой, получаенные термической обработкой из межкритического интервала температур.

Для решения вопроса о механизме а -> у-превращения наибольший интерес должно представлять определение состава аустенита, образую-. щегося в доэвтектоидных сталях, поскольку, если признать возможность формирования только стабильной у-фазы, концентрация в ней углерода при фиксированной температуре межкритического интервала не должна зависеть от состава сталей (см. рис. 1).

Рис. 11. Распределение твердости вдоль разрывных образцов до нагрева (Ли после закалки из межкритического интервала с выдержкой в течение 10 мин (2) и 4 ч (5): а - сталь 20, tзак = 725 С; б - сталь 35ХГС, f зак= 775 С

Описанные изменения микроструктуры сопровождаются падением твердости в шейке образцов, закаленных из межкритического интервала температур. Это можно проследить по кривым, приведенным на рис. 11. Здесь представлено распределение твердости по Виккерсу, измеренной вдоль разрывных образцов через 1 мм при нагрузке 300 Я, после кратковременных и длительных выдержек при температурах, близких к Ас 1. В исходном состоянии твердость в шейке повышена за счет наклепа (см. рис. 11, кривая 7). После закалки с кратковременной выдержкой твердость в этом месте еще больше возрастает в связи с образованием при нагреве значительного количества аустенита, превращающегося при закалке в мартенсит (см. рис. 11, кривая 2). После же длительных выдержек образцы приобретают одинаковую твердость вдоль всего образца за счет уменьшения твердости в шейке, вызванного распадом избыточного количества метастабильной у-фазы (см. рис. 11, кривая 5).

При ускоренном нагреве (100°С/мин) монотонное распределение интенсивности вдоль текстурных максимумов а- и у-фаз регистрируется только в нижней части межкритического интервала. С повышением температуры нагрева на линиях а-фазы появляются точечные рефлексы, свидетельствующие о постепенном нарушении ориентировки кристаллитов в пределах исходного зерна, что дает всплески интенсивности на соответствующих микрофотограммах (рис. 45, б).

Данные рентгеноструктурного анализа подтверждаются результатами измерения микротвердости: при медленном нагреве микротвердость неперекристаллизовавшейся а-фазы после охлаждения из межкритического интервала не изменяется, при ускоренном заметно падает вследствие рекристаллизации и при быстром опять остается неизменной [121].

В.М. Счастливцевым с сотрудниками выполнена серия работ, в которых уделялось серьезное внимание определению ориентационных связей фаз при разных условиях нагрева [ 59, 107, ИЗ, 123, 124]. Для решения этой задачи применялась трансмиссионная электронная микроскопия, строились полюсные фигуры. Данные этих работ подтвердили существование ориентационного соответствия зародышей аустенита мар-тенситным кристаллам на начальных стадиях превращения как при медленном, так и при ускоренном нагреве [59]. При медленном нагреве эти ориентировки сохраняются до окончания а ->• -/-превращения. При ускоренном нагреве в верхней области межкритического интервала возникают участки глобулярного аустенита ("белые поля" [1]), которые, по данным работ [ 123, 124], можно рассматривать как рекрис-таллизованные участки. Об этом свидетельствует то обстоятельство, что взаимные ориентации между новыми глобулярными зернами у-фазы

Закалку доэвтектоидных конструкционных сталей от температур, соответствующих межкритическому интервалу (Лсл /lc:j), до недавнего времени не применяли. Вообще говоря, при всех температурах нагрева в межкритическом интервале температур вследствие

получения после закалки структуры мартенсита и сохранившегося при нагреве феррита, твердость и другие механические свойства стали оказываются более низкими по сравнению с закалкой от температур выше Ас-л. Однако в последнее время установлено, что при нагреве в межкритическом интервале происходит: рафинирование феррита по примесям (они уходят в аусте-нит), что делает феррит пластичным; получение двухфазной структуры низкоуглеродистой стали после закалки из межкритического интервала, состоящей из рафинированного феррита и островков мартенсита в тройных стыках зерен, что предопределяет низкие значения предела текучести при высоких значениях временного сопротивления. Низкое отношение ст.,/ов выгодно для глубокой штамповки листовых малоуглеродистых сталей, что предопределило использование двухфазных сталей после закалки из межкритического интервала в автомобильной промышленности (детали корпуса автомобиля).

Изометрическая выдержка при отжиге в межкритическом интервале при различных соотношениях между ферритом и аусте-нитом (850 °С и 900 °С) приводит к быстрому растворению микропор в феррите. В объемах аустенита при а < /-превращении поры сохраняют сферическую форму и располагаются внутри объемов аустенита без связи с границами зерен.

Рис. 6.4. Кинетические кривые залечивания микропор в межкритическом интервале температур. Сталь 15Х1МФ:

а — окислы в стыке (микрошлиф не травлен); б — обезуглереженный слой; в — участок частичного расплавления; г — участок нормализации; д — участок, нагретый в межкритическом интервале температур (произошло измельчение зерна перлита); е—основной металл.

(рис. 2, а, б): при скорости нагрева 500°С/с период решетки в межкритическом интервале с повышением температуры уменьшается, при нагреве же со скоростью 100°С/с этот эффект отсутствует.

степени деформации 10 % количество аустенита достигало 16 %, при е = 30 % - 22 %. Таким образом, количество аустенита, образующееся в межкритическом интервале температур, может служить качественной мерой степени дефектности структуры, в которой реализуется а -> у-пре-вращение.

В.Д. Садовским. Однако обычно это явление рассматривается только с точки зрения разной скорости протекания процесса. На самом же деле меняется не только кинетика а -* 7-превращения, но и предельное количество 7-фазы, образующейся в межкритическом интервале при данной температуре. Конечно, чисто кинетический эффект действительно имеет место. В недеформированном образце при одинаковых условиях нагрева развитие а -> 7-Превращения осуществляется гораздо медленнее, чем в деформированном. Так, в деформированной стали 20 уже после 20-мин выдержки при 740°С количество аустенита достигает 30 - 35 % и -практически полностью завершается растворение карбидов. В отожженном же образце и после 40-мин выдержки в структуре сохраняется большое количество перлитной составляющей (рис. 10, в ). И только после выдержки в течение нескольких часов в отожженной стали при этой температуре получается феррито-аустенитная структура (рис. 10, г) с равновесным (в.соответствии с диаграммой состояния) количеством 7-фазы (~ 15 — 20 %). В деформированных образцах при увеличении выдержки количество у-фазы заметно уменьшается, что видно из сравнения рисунков 10, а, б.* Эти эксперименты свидетельствуют о том, что

Образование в межкритическом интервале в неравновесных объектах очень большого количества аустенита, более чем в два раза превышающего определяемое из диаграммы, и последующий распад избыточного количества -уФазы дают основание рассматривать этот аустенит как метастабильное состояние и с точки зрения его состава. Простейшие оценки показывают, что, например, для порошковых объектов, в которых количество аустенита при 750°С достигает 60 % вместо равновесных 22 — 25 %, концентрация углерода в 7-фазе при условии полного растворения карбидов должна быть примерно в 2,5 раза меньшей, чем следует из диаграммы состояния, т.е. ~ 0,2 вместо 0,55 %. Металлографические же исследования свидетельствуют, что при таком большом количестве аустенита в структуре нередко еще наблюдаются и нерастворившиеся карбиды. Это позволяет считать, что содержание углерода в т-фазе еще ниже, т.е. что в результате а ->• 7-превращения в неравновесных объектах образуется малоуглеродистый аустенит в соответствии с термодинамическими соображениями, изложенными в гл. I (см. рис. 3, б).

Прямые данные, полученные методом высокотемпературного рент-геноструктурного анализа, подтверждают это заключение [ 70]. На рис. 21 представлено изменение состава аустенита и его общего количества в зависимости от длительности изотермической выдержки в межкритическом интервале температур для стали 20, деформированной холодной прокаткой (е = 50 %). Скорость нагрева до заданной температуры составляла ~ 100°С/мин. Значения периода решетки подсчитывались до чет-

Более длительное сохранение метастабильного аустенита в межкритическом интервале температур в компактных объектах по сравнению с порошковыми обусловлено разной устойчивостью дефектов. Справедливость этого утверждения подтверждается быстрым снятием искажений в порошках в процессе их отпуска. Из рис. 24 видно, что уже после часового отпуска при 400°С в порошках а -»• у-превращение развивается в соответствии с диаграммой состояния. Для компактных же образцов даже после двухчасового отпуска при данной температуре количество образовавшегося аустенита значительно больше равновесного (см. рис. 13, кривая 5).