2.4 Фазовые и структурные превращения при охлаждении стали у7а

При охлаждении стали марки У7А из аустенитной области в интервале температур (A₁ - Мн) происходит диффузионный распад переохлажденного аустенита. Распад аустенита, согласно схеме рис. 2.3 будет происходить охлаждении на воздухе после прокатки, при изотермической выдержке при отжиге стали У7А на зернистый перлит. При ускоренном охлаждении после нагрева под закалку до температур 760-780°С превращение аустенита идет по мартенситному (бездиффузионному механизму).

Кинетика распада аустенита при различных степенях переохлаждения аустенита описывается с помощью диаграммы изотермического превращения аустенита. Диаграмма для стали У7А приведена на рисунке 2.11. Следует отметить то факт, что подлинно изотермический распад аустенита можно создать лишь для малых сечений образцов или для сталей с весьма устойчивым переохлажденным аустенитом, получили распространение так называемые анизотермические (термокинетические) диаграммы превращения аустенита, когда фиксируются температура начала превращений и их природа при разных скоростях охлаждения.

а - изотермическая диаграмма;

б - термокинетическая диаграмма;

Рисунок 2.11 - Диаграммы распада аустенита стали У7А [19]

Прерывистая линия 1 на рисунке 2.11,а отвечает условиям, определяющим начало превращения аустенита; левее этой линии аустенитная структура при заданных температурах и выдержках будет устойчива. Из термокинетической кривой распада (рис. 2.11,б) видно, что в области А₃-А₁ из переохлажденного аустенита возможно выделение структурно-свободного феррита. Линия 2, тоже прерывистая, отвечает условиям завершения процесса превращения. Чем ниже температура, при которой происходит превращение аустенита, тем выше степень дисперсности образующейся феррито-цементитной смеси; на диаграмме нанесены структуры, образующиеся в результате превращения аустенита при различных степенях переохлаждения. Линия Мн отвечает началу бездиффузионного мартенситного превращения аустенита.

На диаграмму изотермического превращения аустенита нанесена ломанная V₁, соответствующая отжигу на зернистый перлит, что позволит получить структуру зернистого перлита (рис. 2.12,а). Скорость охлаждения Vkp на рис. 2.11,а и рис.2.11,б будет отвечать непосредственному диффузионному переходу всего аустенита в мартенсит (рис. 2.12,б).

а- структура стали У7А после отжига на зернистый перлит

б- структура стали У7А после закалки

Рисунок 2.12 – Схемы микроструктуры стали У7А

В интервале температур от 550 до точки Мн = 280⁰С имеет место бейнитное превращение. Бейнитное превращение происходит при отсутствии диффузионного перераспределения атомов легирующих элементов и самодиффузии атомов железа, но с диффузией атомов углерода, которая может совершаться с достаточной полнотой. При охлаждении ниже температуры Мн =280⁰С происходит мартенситное превращение.

Используя данные диаграммы изотермического распада аустенита можно установить зависимость твердости продуктов распада от температуры превращения переохлажденного аустенита, которая представлена на рисунке 2.13. Из этого рисунка видно, что с понижением температуры распада аустенита твердость продуктов превращения возрастает, в большей степени с началом образования бейнитных структур.

Рисунок 2.13 – Твердость продуктов изотермического распада стали У7А в зависимости от температуры распада аустенита

Из диаграммы на рисунке 2.11б видно, что с увеличением скорости охлаждения (от V1 до V9) твердость НRС продуктов распада аустенита увеличивается, особенно интенсивно с началом образования бейнитных структур.

Скорость охлаждения Vкр на рисунке 2.11б соответствующая непосредственному бездифузионному переходу всего аустенита в мартенсит является критической скоростью закалки и рассчитывается по формуле 2.1:

, для рисунка 1.14 а.(2.1)

Остальные охлаждения посчитаны по формуле 2.2 и занесены в таблицу 2.8:

(2.2)

Таблица 2.8 – Скорости охлаждения

№	V1	V2	V3	V4	V5	V6	V7	V8	V9
Vохл, 0С/c	0,002	0,003	0,05	0,05	0,2	0,4	1,3	6,0	13,3

График зависимости твердости от скорости охлаждения приведен на рис. 2.14.

Рисунок 2.14 - График зависимости твердости стали У7А от скорости охлаждения

Инструменты из углеродистых сталей имеют малую устойчивость аустенита в перлитной области и соответственно высокую критическую скорость охлаждения при закалке необходимо охлаждать в воде или 5-10%-ных водных растворах солей (NaCl) или щелочи (КОН, NaOH), что сможет обеспечить рассчитанную критическую скорость охлаждения при закалке [10, 11, 18,26,27].