книги из ГПНТБ / Садовский, В. Д. Структурная наследственность в стали

ботки, кажущейся излишней, поскольку цементация свя­ зана с нагревом стали выше критической точки Лс3 , возможна лишь после тщательного изучения структуры заготовок в сопоставлении со структурой после цемен­

от скорости нагрева существенно зависят эффективность нормализации, структура после цементации и после за­ калки |[|128].

9. Уже не раз отмечалось, что, если в исходном сос­ тоянии сталь имеет феррито-нерлитную структуру, фа­ зовая перекристаллизация при нагреве протекает, прак­ тически, по обычной схеме. Следовательно, излишнее легирование, приводящее к тому, что сталь приобретает кристаллографически упорядоченную структуру '(подка­ ливается) даже при замедленном охлаждении, способ­ ствует более устойчивому сохранению последствий пе­ регрева. В особенности склонны к структурной наслед­ ственности стали типа 18Х1Н4МА или ІвХІОДВА, в ко­ торых ни при каких условиях охлаждения не происхо­ дит распада аустенита в перлитной ступени. Возмож­ ность перлитного распада при остывании отливки, по­ ковки, сварного шва должна рассматриваться как поло­ жительное качество стали, предотвращающее резкие проявления структурной наследственности.

Среди характеристик, определение которых нужно при разработке новой марки стали, наряду с критически­ ми точками, кинетикой распада переохлажденного аусте­

аустенита помогают понять практически важные факты, касающиеся термической обработки конструкционных сталей и сплавов. Можно привести еще один пример, относящийся к инструментальной — быстрорежущей стали. При термической обработке быстрорежущей ста­ ли типа РГ8 и некоторых ее разновидностей встречается

184

Пафталинистый излом обнаруживается после повторной закалки стали. Известно также, что для предупреждения этого вида брака нужно избегать повторной закалки быстрорежущей стали, а если уже необходимость в повторной закалке возникла, то обязательно подвергать сталь перед новой закалкой смягчающему отжигу. Одна­ ко до сих пор не вполне ясны причины возникновения при нагреве под повторную закалку необыкновенно крупного зерна аустенита, следствием чего и является пафталинистый излом.

На первый взгляд может показаться, что нафталинистый излом не имеет никакого отношения к структур­

процесс образования аустенита в этой стали всегда про­ исходит таким образом, что восстанавливается зерно предварительной закалки. Если, например, быстрорежу­

же проделать со сталью, закаленной дважды, то получа­ ется крупное зерно. Зерно аустенита, образующееся при нагреве предварительно закаленной быстрорежущей ста­ ли — это всегда восстановленное исходное зерно, неза­ висимо от скорости нагрева и независимо от того под­ вергалась ли сталь отпуску.

Таким образом, в предварительно закаленной быстро­ режущей стали а -^^-превращение не сопровождается перекристаллизацией, независимо от того быстро или медленно нагревается сталь, подвергалась она отпуску, или нет. Однако восстановленное зерно нестабильно и при дальнейшем повышении температуры способно к изменению; при этом его нестабильность зависит от сте-

Пока в исследованных пределах.

185

1300°С оплавления стали. Следовательно, в сильно отпущенной быстрорежущей стали нельзя изменить кристаллнтную структуру даже нагревом до плавления—

более высоких температурах зерно аустенита заменяется новым зерном. Легко понять, что здесь имеется сходство с двустадийным течением процесса перекристаллизации при очень быстром нагреве обычных конструкционных сталей (см.гл.II и IV) .

Однако есть существенное различие. В конструкцион­ ных сталях изменение структуры, связанное с рекристал­

ходного материала дважды закаленную быстрорежущую сталь с очень крупнозернистой структурой, то при достаточно быстром нагреве в температурном интервале развития рекристаллизации можно наблюдать и измель­ чение зерна. Благодаря отмеченным выше (см. стр. 98) особенностям травления быстрорежущей стали, удается наблюдать субструктуру в аустените, полученном нагре­

повторном нагреве неотпущенной стали, имеет наиболее плотную систему субграниц (высокую дисперсность

186

субструктуры); предварительный отпуск приводит к то­ му, что дисперсность субструктуры (перед моментом на­ чала рекристаллизации) становится меньше; высокий и продолжительный отпуск, как уже отмечалось, вообще исключает возникновение рекристаллизации и тогда при самых высоких температурах, приближающихся к началу плавления, в аустените сохраняется субструктура, эле­ менты которой : (субзерна) лишь постепенно укрупняют­ ся с течением времени. Замечательно, что такую же суб­ структуру в еще нерекристаллизованной матрице и от­ сутствие ее в рекристаллизованных зернах можно наблю­

Длительный высокий отпуск 'настолько уменьшает избыточную плотность структурных несовершенств в об­ разующемся аустените, что рекристаллизация не возни­ кает вплоть до самых высоких температур и все ограни чив а ется п ол игон из а цией.

•Как уже отмечалось в гл. IV, это единственный пока случай, когда после обычной термической обработки в стали невозможна перекристаллизация, поскольку ис­ ключается второй этап двустадийной схемы. Надо пола­

стали, приводящего к нафталинистому излому, согласно которой крупное зерно получается в результате первич­ ной рекристаллизации аустенита, обусловленной внутрен­ ним наклепом и развивающейся (вероятно, из-за влия­ ния присутствующей дисперсной карбидной фазы) из малого числа центров. Соответственно ауетепит в быстро­ режущей стали может (при нормальной температуре

187

путем последующей термической обработки очень труд­ но избавиться от нафталинистого излома и это, конечно, прямой результат ярко выраженной структурной наследи ственности ,[129].

11. Представления, развитые в связи с изучением структурной наследственности, оказываются полезными при рассмотрении условий наследования упрочнения, при­

ность того, что повышенная прочность, приобретенная в результате термомеханической обработки или даже про­ сто холодного наклепа, может сохраняться (наследовать­ ся ) полностью или частично после новой закалки. Объ­ яснение такого наследования упрочнения предполагает передачу дефектов строения, приобретенных в результа­ те предварительной обработки, аустениту, образующему­ ся при нагреве и, следовательно, получающемуся из не­ го при охлаждении мартенситу ',[131].

Такое наследование упрочнения должно представлять очень большой практический интерес, так как открывает возможность термомеханического упрочнения заготовок (например, проката) с последующим смягчающим отпус­ ком для механической обработки резанием и окончатель­ ной закалки с частичным или почти полным сохранени­ ем избыточного упрочнения.

Существование такой наследственности упрочнения в некоторых исследованиях подвергается сомнению [60, 61].

Известно, что аустенит в некоторых высоколегиро­ ванных оплавах может быть заметно упрочнен путем пря­ мого и обратного мартенситных превращений, и одно из объяснений такого упрочнения "фазовым наклепом пред­ полагает передачу элементов тонкой структуры мартен­ сита (блочное™, повышенной плотности дислокаций') образующемуся из него при нагреве аустениту. Упрочне­ ние аустенитных сплавов методом фазового наклеп^ предполагает, что процесс образования аустенита осу­ ществляется механизмом обратного мартенеитногр прев* ращения, и в этом случае наследование элементов тон1- КОЙ структуры представляется довольно естественным благодаря бездиффузионноста и кристаллографической упорядоченности а -> ^-превращения. Как это много

189

раз .иллюстрировалось выше, при высоких скоростях на­ грева закаленной конструкционной стали .наблюдается подобный (обратному мартенситному превращению) ме* ханизм образования аустенита, когда существует крис­ таллографическая обратимость, и из каждого мартенситиого псевдокристалла восстанавливается исходное аустенитное зерно.

Вполне возможно, что в этом случае может происхо­ дить частичная передача дефектов строения от исходно­ го мартенсита образующемуся аустениту, и, следова­ тельно, наследование упрочнения.

Однако необходимо напомнить, что этот эффект восстановления исходной структуры в ореднеуглеродистых сталях обычной легированности наблюдается при быстром (сотни градусов в секунду) нагреве неотпущенной стали. Отпуск при 300—350°С и тем более высокий смягчающий отпуск затрудняет в этих сталях кристал­ лографическую обратимость превращения; роль высокой скорости нагрева, по-видимому, и заключается в том, чтобы предотвратить распад мартенсита «на пути» от комнатной температуры до точки Ас\ (см. рис. 20, 109). Несколько иначе, как мы видели, обстоит дело с нагре­ вом бейнитных структур, но и в этом случае высокий от­ пуск исключает эффект восстановления зерна. Если на­ гревать даже очень быстро сталь, подвергнутую отпуску или неотпущеиную, но пластически деформированную, аустенит должен формироваться путем зарождения и раз­ вития многочисленных центров, растущих за счет про­ движения высокоугловых границ, т. е. в условиях, в ко­ торых наследование дефектов исходной структуры пред­ ставляется маловероятным, так как движущаяся грани­ ца должна элиминировать лежащие на ее пути дефекты строения [134].

Впрочем повторная термическая обработка после пред­ варительной термомехаиической обработки, например на стали 37ХНЗА, не исключает возможности восстановле­ ния структуры при последующем достаточно быстром нагреве. Совершенство восстановления зерна может сни­ жаться (по сравнению с обычно закаленной сталью) за счет развития по границам деформированных зерен и двойников, а также в местах грубых полос скольжения внутри исходных зерен обычного механизма формирова­ ния аустеиитной структуры с получением новых мелких

192

Зерен (уже упоминавшийся в гл. 1 зерногранпчный эф­ фект) (рис. ПО). Этот эффект получает тем большее раз­ витие, 'чем ниже температура и выше степень пластиче­ ской деформации при предварительно проведенной термомеханической обработке. Повышение скорости нагре­ ва при повторной закалке от нескольких сотен до несколь­ ких тысяч градусов в секунду позволяет значитель­ но улучшить восстанавливаемость зерна так что, напри­ мер, после ВТМО при 950°С с деформацией 60% можно осуществить повторную закалку с почти полным восста­ новлением исходной структуры'(см. рис. ПО).

Трудно, однако, рассчитывать на возможность реали­ зации такого упорядоченного механизма образования аустенита в сталях обычной легированности и в условиях обычного нагрева отпущенной стали в печи или в соляной ванне.

Для проявления эффекта наследственности упрочне­ ния существенным является, очевидно, механизм, по кото­ рому при нагреве под повторную закалку протекает а.-> Y-превращение. Из экспериментальных данных сле­ дует, что когда искаженная предварительной упрочняю­

<С другой стороны, опыты подтверждают предположе­ ние возможности проявления эффекта наследственности упрочнения при повторной закалке в условиях структур­ ной наследственности [135], основанное на установлен­ ном факте существования фазового наклепа при прямом и обратном мартенситном превращениях в некоторых аустенитных сталях [53, 54]. Образование аустенита пу­ тем непосредственной перестройки кристаллической ре­ шетки, не связанной с перемещением высокоугловых границ, очевидно, и обеспечивает передачу повышенной плотности дефектов от а-фазы к Y-фазе, причем в неко­ торой мере этот эффект проявляется и при диффузион­ ном, но кристаллографически упорядоченном механизме образования аустенита [61]. Наследственность упрочне­ ния при повторной закалке предварительно упрочненной (путем закалки, термомеханической обработки) стали проявляется в тех случаях, когда процесс образования, аустенита осуществляется по механизмам, характеризу­ ющимся структурной наследственностью.

193