Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

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

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

23.10.2023

Размер:

52.36 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 218 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

количество избыточного феррита еще не растворилось в аустените), тогда как .в деформированной зоне скопи лись белые поля, напоминающие обычный рекристалли-


зационный «венчик»;		при этом		в	зоне		белых	полей
иерастворенный избыточный феррит					отсутствует.
Результаты другого опыта показаны на рис. 45. Об
разец той	же стали был закален от 13О0°С, после							чего
медленно	(1 град/мин)	нагрет	на	820°С,			деформирован
при этой	температуре	ударом	зубила,			выдержан		в те
чение 30	мин и закален. Естественно,					что	деформация

при 820°С, т. е. в аустеиито-ферритном состоянии, вы звала местную рекристаллизацию аустенита, в резуль тате которой получилось скопление белых полей, отли чающихся от матрицы прежде .всего тем, что в них поч

ти	полностью отсутствует		нерастворившийся	избыточ
ный феррит.
	4. Практически существует критическая скорость на
грева при которой		(и при	меньших ее значениях)		реа
лизуется эффект восстановления зерна [31].				Необходи
мо,	впрочем, отметить, что		эффект восстановления		зер
на	при медленном	нагреве	наблюдается не	во	всех

сталях; напротив, в практически исследованном диапазо

не скоростей «агрева (0,1—1 град/мин и			выше) для		ря
да сталей	обязательно	обнаруживается	появление		бе
лых полей и тогда отсутствует эффект			восстановления
зерна исходной структуры; величина зерна				аустенита
выше Ас3	определяется	числом и степенью		развития
белых полей в критическом интервале.

Как правило, ускорение нагрева через критическую точку Ас\ способствует получению более мелкого зерна

выше Асз, хотя не	вполне еще	ясно	является ли	это
следствием только	возрастания	числа	белых полей	или

и переходом к неупорядоченному механизму начальных

стадий процесса	образования	аустенита (см. гл. V I ) .
5. Склонность	стали к восстановлению зерна		зави
сит от характера	легирования	и, в частности, от	присут

ствия в составе стали некоторых примесей. Например, небольшие (порядка 0,1%) добавки титана резко по давляют развитие белых полей и облегчают тем самым

реализацию		эффекта	восстановления зерна			при	мед
ленном	нагреве [341.		Так, в		промышленной		стали
37ХНЗА	не	наблюдается		восстановления		зерна	даже
при самом		медленном	(10	град/ч)	нагреве;	в этой же


(1250—1300°С). Уменьшение степени перегрева				резко
повышает	тенденцию к	развитию белых полей л		после
исходного	перегревала	1100—1Т50°С	восстановление
зерна чаще всего уже		не наблюдается.	Аналогичное

действие оказывает замедленное охлаждение от темпе

ратуры	перегрева.
Так,	например,	закалка от 1300°С в масле приводит
в стали	37ХНЗТ к подлому восстановлению зерна при

новом медленном лагреве на 900°С. Почти столь же со вершенное восстановление зерна наблюдается для ста ли, охлажденной от 1300 до 850°С в течение 30 мин и потом закаленной в масле. Но, если такое подстужива ние (до 850°С) замедлено до 3 ч — восстановление пол ностью отсутствует (рис. 47). Это указывает на тесную связь эффекта восстановления зерна при медленном ла

греве с растворением примесей при	исходном перегре
ве и выделением их при охлаждении.
•Влияние присутствующих в стали	примесных фаз

подчеркивается л ряде работ по изучению структурной наследственности, принадлежащих H. Н. Липчину с со трудниками. Согласно этим работам, примеси, выделя ясь при нагреве закаленной стали по границам суб зерен (точнее по контурам мартенситных пластин), ока


зывают «барьерное»		действие	и	задерживают			процесс
рекристаллизации	до	температур		растворения			частиц
в образующемся,	аустените»		\| [35]		см. также		[36—38] [
На значение примесных фаз,			в	частности		и	карбидов,
указывает ряд наблюдений и в более ранних							работах.
Так, еще в работе [31] отмечалось,					что	замедленное

подстуживание от температур перегрева до 850—900°С способствует развитию белых полей при последующем медленном нагреве, предотвращая тем самым эффект чистого восстановления исходной структуры.

В монографии [39] указывалось, что температура самопроизвольной рекристаллизации аустенита (см. гл.

IV) при медленном лагреве	предварительно		перегретой
и закаленной стали ХГ (1,4%	С;	1,3% Cr; 0,6%	Мп) сов
падает с моментом растворения		избыточных	карбидов.
Наблюдения, касающиеся	влияния, которое оказы

вает замедленное подстуживание в аустенитной облас

ти, имеют, конечно,	важное практическое значение.
Именно этим можно	объяснить,	почему структурная
наследственность, проявляющаяся		в восстановлении

зерна при медленном нагреве не так уже часто, по-ви димому, проявляется в производственных условиях —


крупные заготовки остывают	недостаточно		быстро и,
если даже подкаливаются, теряют		способность к		вос
становлению зерна из-за процессов,		происходящих		еще
в аустенитной состоянии. Не исключено, что это				прос
тое обстоятельство, .на которое	не обращалось		надлежа

щего внимания в лабораторных исследованиях, ослаб ляет практическое значение эффекта восстановления зерна при медленном нагреве. Не нужно, однако, забы вать, что скорость охлаждения в аустенитной области, необходимая для исключения эффекта восстановления зерна, зависит от степени и характера легирования, а также от металлургического качества стали (способ вы плавки, раскисления) и что вопрос этот пока недоста точно изучен. Достаточно в этой связи указать на сле дующий пример. В стали 50ХНЗТ (0,03% Ті) зерно при медленном нагреве восстанавливается после предвари тельной закалки от 1000О|С, т. е. без какого-либо пред


варительного		перегрева (рис. 48,6).				Уже	при	870°С
появляются		новые	зерна	(рис. 48,в),		полностью		заме
няющие	исходную		структуру		при	нагреве на		900°С
(рис. 48,г).
Отметим,		что структуры,			представленные на			рис.
48,6-—г, полностью восстанавливаются при новом								мед
ленном нагреве на 850°С. Этот					пример показывает, на
сколько	многообразными			могут	быть условия, при кото
рых наблюдается			эффект	восстановления			зерна	при

медленном нагреве и едва ли могут возникнуть сомне ния в возможности встретиться с этим явлением в прак тике обработки стальных изделий. Кстати, надо пола гать, что в рассмотренном примере роль примесной фазы, тормозящей развитие белых полей или рекрис таллизации аустенита, играет, по-видимому, карбидная фаза, выделяющаяся при нагреве мартенсита и сохра няющаяся в некоторой мере нерастворенной в критиче ском интервале и несколько выше. Нельзя, конечно, ви


деть в примесных фазах		непосредственную		причину
структурной наследственности при медленном				(и тем
более быстром)	нагреве. Что касается		быстрого	нагрева
•неотпущен-ной	стали (см. гл. I I I ) , то		следует	указать,

что восстановление в этом случае практически не зави сит от подетуживания в аустенитной области, как и от


Наиболее интересно, что				резко		выраженная				эндо-
таксия, характеризуемая			полной			кристаллографической
обратимостью	у -	а — ^-превращений,					обнаруживается
не только при	очень быстром				нагреве,			где	это	могло
бы быть связано с бездиффузионной							а	— ѵ-перестрои-
кой, но и в случае превращения					при		очень		медленном
.нагреве. В первом случае .нарушение структурной										на
следственности	наступает		в	результате					уменьшения
скорости нагрева		и это связано			в какой-то мере с					изме
нением структуры		стали	еще	при		субкритических				тем

пературах. Во втором случае структурная наследствен

ность	нарушается	при увеличении скорости нагрева и
это не	связано с	процессами в субкритической области,

так как указанная зависимость сохраняется и для пред варительно отпущенной стали. Можно думать, что прояв

лению	структурной наследственности		при	медленном
нагреве	способствует протекание	а	— ^-полиморфного

превращения в условиях, близких к равновесным и, на против, наследственность нарушается, когда превраще ние происходит в условиях некоторого неренагрева. Та

кая зависимость			находится		в	соответствии			с общими
закономерностями				ориентированной			кристаллизации
[40].
	Рассматриваемый в этой главе случай структурной
наследственности,				естественно,		представляет			значитель
но	больший практический				интерес ,		чем	наследствен
ность, связанная с очень быстрым нагревом									закаленной
и	неотпущенной		стали, поскольку скорость					нагрева 1—
2	град/мин,	при	которой для			многих	сталей		реализует
ся	эффект	восстановления			зерна примерно			соответству

ет практическим условиям нагрева изделий. Нужно еще

добавить, что. если	скорость	нагрева недостаточно
мала, чтобы имело	место чистое	восстановление ис

ходной структуры и возникают и развиваются белые по

ля, величина зерна аустенита		выше Ас3	оказывается
все же тем большей, чем меньше скорость			нагрева и,
напротив, ускоренный	нагрев	способствует	измельче
нию зерна. Казалось	бы описанные явления: отсутст

вие рафинировки структуры при медленном нагреве вы ше Лс3 , резко выраженная зависимость степени исправ ления структуры от скорости нагрева и характера ис ходной структуры давно должны были привлечь вни мание и исследователей, и практиков-термистов.

Между тем, по крайней мере, в зарубежной

литера

туре число

работ,

касающихся

структурной

наследст

венности, крайне ограничено.

Остановимся

кратко

на

некоторых из них.

Некоторые замечания о наследственности

структуры

имеются в

известной

книге Э. Гудремона

«Специаль

ные стали»

[5]. «При

очень

крупнозернистой

исходной

структуре,

например

крупных поковках или

отлив

ках, после

однократной

перекристаллизации

зерно

ос

тается

все

же несколько крупнее,

чем при

мелком

ис

ходном

зерне»

([б] с. 262).

ГудреМон,

ссылаясь

«а работу,

опубликованную

1933

г.

[7],

говорит

возможном

влиянии,

которое

оказывает на

результаты

рафинирующего отжига скорость нагрева.

«Скорость нагрева оказывает влияние в том направ

лении,

что

с ее

ростом

увеличивается

число

зародышей

7-іфазы

и поэтому

возникает

большее

количество

более

О /

, „

„

скорости

нагре-

Ç 3000

•

Рис. 49.

Влияние

ва на величину зерна после пе- §

рекристаллизации

выше Лс 3

(при Щ-tUUU

830°С

і[5]:

1000

)

; — 0,45 С;

0,72 Мп ; исходное

зерно

20ÜOO Д 1 ;

2 — 0,48 С;

0,82

Мп ;

и с х о д - ^

ное

зерно

460

И 2

/27

Скорость наг реSa,

град/мин

мелких у-кристаллов, из которых при охлаждении вновь образуется соответственно более тонкая зернистая или сетчатая структура. Такая зависимость особенно отчет ливо проявляется при малых скоростях нагрева и при крупном .исходном зерне».

Из приводимой в книге Э. Гудремона иллюстрации (рис. 49) легко понять, что речь еще не идет об эффек те восстановления зерна при медленном нагреве. Име

ется в виду влияние исходной	феррито-перлитной струк
туры, и дело сводится лишь	к	тому,	что	медленный
нагрев при отжиге дает более	грубую		(но не	совпадаю
щую с исходной) структуру, по сравнению с				ускорен
ным нагревом.
Довольно часто упоминаются		работы	Байсрц (1942 г.)
и Неренберга (1950 г.) [41, 42],		в которых		изучалась

морфология первых участков аустенита, образующихся при нагреве стали, в зависимости от исходной структу ры. Однако в целом исследования, посвященные изуче нию структурной наследственности в том смысле, как она рассматривается в настоящей книге, в зарубежной литературе встречаются весьма редко.


Вебстер	и	Аллен, исследуя рост					зерна аустенита в
стали с 0,40%;С; 1,72%			Ni; 1,40%			Cr; 0,9%' Mo и 0,24%
V, пришли к заключению, что крупное зерно, полученное
нагревом до 950°С с последующей						закалкой, не рафини
руется новым		нагревом	выше Ас3			[43] при малой			скоро
сти нагрева		(100 град/ч). Для			исправления			структуры
требуется	повышенная		скорость		нагрева 10000				град/ч.
По существу,		в этой работе		авторы			столкнулись		с эф
фектом восстановления			зерна	при медленном				нагреве,
описанным в ряде советских работ							задолго	до	этого.
Существенный интерес			представляет,				впрочем,		то об
стоятельство,		что Вебстер и Аллен				наблюдали			восста

новление крупного зерна, полученного незначительным перегревом — всего до 950°С.


В 1966 т. опубликована работа Кнорре			и Такке, вы
полненная в исследовательском отделе заводов				Круп-
па [44], в которой	изучалась рафинировка		зерна	при
а — ѵ-превращении	в зависимости от	скорости нагрева
стали. Основанием	к постановке этой	работы, как отме

чают авторы, явилось то замеченное в производственных


условиях	обстоятельство, что		нормализация		крупных
поковок	не всегда	приводит	к нужному	измельчению
структуры. Подробно исследовалось влияние					скорости
нагрева	(от 10 до 2000 град/ч)		и исходной	структуры
(мартенсит, бейнит,		перлит) на величину		зерна, полу

чающуюся после нормализации предварительно перегре той стали с 0,32—0,36% С, 1,04—1,53%' Cr, 0,39—0,53%

Mo, 1,96—2,59%	Ni и 0,09—0,11% V.			Исходное		(после
перегрева) зерно	отвечало баллу		1,5—2,5 и		достигалось
это нагревом на	1050°С.	Параллельно обрабатывались
контрольные образцы		с теми	же	типами	исходной
структуры, но мелкозернистые (предварительная						обра
ботка с нагревом на 860°С).
Примерно по такой же программе				исследовались две
плавки хромомолибденовой стали			(0,23—0,25% С; 0,92—

1,14% Cr; 0,27—0,28% Mo), отличающиеся количеством алюминия (0,006 и 0,019%). Общий и главный резуль-


тат этого исследования сводится		к тому, что для исход-
нон структуры мартенсита и бейнита			ожидаемая выше
Лез рафинировка зерна достигается лишь				при достаточ
но быстром ( 100—2000 град/ч)	.нагреве и, напротив, от
сутствует при медленном (10—50		град/ч)		нагреве—в
полном соответствии с рядом	работ,		выполненных в Со

ветском Союзе и, оставшихся, по-видимому, неизвестны ми Кнорру и Такке. В частности, подтверждается и ре шающее значение скорости нагрева именно в критичес ком интервале температур. При медленном нагреве пер литных структур отмечалось получение неоднородного по величине зерна.

Необходимо отметить, что в работе Кнорре и Такке исследовались плавки с ванадием и именно это могло послужить причиной резко выраженной структурной на

следственности после	сравнительно	слабого		(1050°С)
исходного перегрева.
В этой связи большой интерес		представляет также
то обстоятельство, что авторы не обнаружили				наслед
ственности в хіромомолибденовой стали			с повышенным
(0,019%) содержанием	алюминия,	что	позволило им

сделать вывод, что природно мелкозернистая сталь при всех исходных состояниях и всех скоростях наг.рева да ет (выше Ad) «естественную» мелкозернистую структу ру. Это важное заключение, конечно, заслуживает вни мания и исследования.

В отличие от рассмотренных работ Вебстера и Аллена, а также Кнорре и Такке, авторы которых, по-ви димому, совершенно незнакомы с советскими работами по структурной наследственности, Леймони во Франции опубликовал два лабораторных исследования, в кото рых он основывается на результатах работ, выполнен ных в Советском Союзе [45, 46]. Эти работы интересны прежде всего в том отношении, что они сделаны с по мощью методики вакуумной металлографии. Кроме то

го, по-видимому, в связи с некоторыми					практическими
задачами	Леймони	исследовал		малоуглеродистые
(0,15—0,18% С) слаболегированные				стали,		подвергаю
щиеся сварке, и вопрос рафинировки				структуры изучал
ся поэтому	под углом	зрения	термической			обработки
сварных соединений.
Главное	внимание	уделялось	влиянию скорости на
грева (варьировалась		скорость	от 2 до		1000	град/мин)


и .исходной структуры.	Полученные		результаты	совпа
дают с результатами .работ советских ученых.
Совсем недавно появилась небольшая работа япон
ских исследователей Мори и Секино,			в которой	изучено
а — ^-превращение л	получающаяся		величина	зерна
при быстром (120—250	град/сек.)	нагреве стали типа

15ХНМ [47]. Опять-таки, за исключением некоторых де талей .в интерпретации наблюдающихся изменений

структуры в аустенитном	состоянии,		результаты этого
исследования не отличаются от уже известных.
*	*	*
В гл. I I рассматривалась		структурная наследствен
ность, связанная с восстановлением			зерна	исходной
структуры при достаточно	быстром нагреве			закаленной
и неотпущенной стали.				град/мин)
При д о с т а т о ч н о м е д л е н н о м			(1—2

нагреве многих сталей аустенит образуется также кри

сталлографически упорядоченным		механизмом,	в ре
зультате чего и при таком нагреве		наблюдается	восста
новление зерна исходной структуры, т. е. резко			выра
женная структурная	наследственность. Увеличение ско
рости нагрева ведет	к нарушению	упорядоченности в

процессе формирования (роста) аустенитной структуры и измельчению зерна.

Г л а в а IV

С А М О П Р О И З В О Л Ь Н АЯ Р Е К Р И С Т А Л Л И З А Ц И Я АУСТЕНИТА

Явление самопроизвольной рекристаллизации аусте нита, о котором пойдет речь в этой главе, наглядно ил люстрируется простыми наблюдениями. Образцы клино видной формы (рис. 50,а), предварительно закаленные от высокой температуры, зажимают по концам в кон такты мощного понижающего трансформатора и под вергают быстрому нагреву пропусканием переменного тока с немедленным после этого охлаждением (закал-

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 78 / 218 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ