книги из ГПНТБ / Богачев И.Н. Структура и свойства железомарганцевых сплавов

вым и превращается в к-фазу. По данным рентгеноструктурного фазового анализа, при степени деформации до 32% количество е-фазы в среднем возрастает до 80%. Наиболее интенсивное превращение аустенита в е-фазу протекает при деформации ~10% . Одновременно спрев-

Рис. 29. Ориентированная структура е-фазы при деформации. Х800

ращением аустенита в е-фазу в процессе холодной де­ формации происходит образование a -фазы, что подтвер­ ждается магнитоструктурными исследованиями. Аусте­ нит под действием деформации может превращаться как

ве-фазу, так и в a -твердый раствор.

Впроцессе деформации е-фаза устойчива, количество ее возрастает с увеличением степени деформации. Как правило, увеличение количества е-фазы наблюдается в области небольших процентов деформации. При такой деформации u-фаза не возникает. С увеличением степе­

ни деформации интенсивно увеличивается содержание сс-фазы (рис. 30). С повышением содержания углерода ™изменяется характер структуры марганцовистой стали. Структура закаленной углеродистой стали типа 30Г20

в основном (см. рис. 12, Ö) состоит из зерен аустенита с незначительным количеством е-фазы, вследствие стаби­ лизации аустенита. Линии «-фазы на рентгенограммах закаленной стали отсутствуют. Превращение аустенита в е-фазу в данной стали протекает при охлаждении об­ разца до 25—30° С. В этом случае количество е-фазы, по

данным рентгеноструктурного анализа, не превышает 20%- Таким образом, при повышении содержания угле­ рода у^-е-превращение смещается в область более низ­ ких температур; критическая температура этого превра­ щения при повышении содержания углерода понижает­ ся. В структуре закаленной стали е-фаза отсутствует.

В процессе деформации аустенит претерпевает прев­ ращение в е-фазу. При небольших степенях деформации (до 5%) превращение протекает лишь в отдельных зер­ нах аустенита, причем в некоторых зернах выделения е-фазы не наблюдается, при больших степенях деформа­ ции превращение охватывает все зерна аустенита. С уве­ личением степени деформации до 27% количество е-фа­ зы возрастает до 50% (рис. 31). Наиболее интенсивное образование е-фазы наблюдается, как и для стали Г20, при больших степенях деформации. Увеличение количе­

Пластическую деформацию при повышенной темпе­ ратуре (теплая прокатка) проводили с целью изучить влияние деформации при 300 и 400° С на способность ау­ стенита к превращению при последующем охлаждении. Определение зависимости количества е-фазы от дефор­ мации при 300° С показало, что при деформациях, не превышающих 3%, количество е-фазы в сплаве значи­ тельно возрастает по сравнению с недеформированным

Деф ормация, %

Рис. 32. Влияние деформации (теплой прокатки) па количество е-фазы в сплаве Г20:

состоянием (рис. 32) [33]. При дальнейшем увеличении степени деформации интенсивность превращения при ох­ лаждении резко уменьшается и при деформации 30% аустенит стабилизируется и не претерпевает превраще­ ния.

В процессе медленного охлаждения образцов, дефор­ мированных при температурах от 300 и 100° С, эффект у—^е-превращения увеличивается. При этом зависимость интенсивности превращения от предварительной дефор­ мации подобна приведенной выше. Дилатометрическое исследование показало, что деформация на 1,6% при 300° С приводит к резкому увеличению интенсивности е—ѵу-превращения при нагреве, что может свидетельст-

вовать о достаточно интенсивном превращении аустени­ та при охлаждении деформированных образцов. С рос­ том степени деформации эффект превращения уменьша­ ется, и при деформации на 30% аустенит не претерпе­ вает фазовых превращений.

Неоднозначное влияние различных степеней предва­ рительной пластической деформации на способность ау: стенита к превращению в е-фазу при дальнейшем охла­

няющей роли е-фазы, об­ разующейся при охлаждении в деформированном аусте­ ните. Деформация выше 20%, полностью стабилизирую­ щая аустенит, сопровождается повышением твердости вследствие наклепа самого аустенита. Изучение особен­ ностей микроструктуры предварительно деформирован­ ных образцов показало, что при начальных степенях де­ формации наблюдается увеличение количества е-фазы, по сравнению с недеформированным состоянием. С воз­ растанием степени деформации выше 3% наблюдается уменьшение количества е-фазы; ее участки, образующие­ ся при охлаждении деформированного аустенита, имеют меньшие размеры по сравнению с охлажденным неде­ формированным аустенитом.

Таким образом, предварительная пластическая дефор­ мация аустенита при 300° С оказывает закономерное влияние на превращение аустенита в е-фазу. При даль­ нейшем охлаждении (до —100° С) при малых деформа-

'циях наблюдается увеличение интенсивности превраще­ ния. При больших степенях деформации происходит ста­

билизация аустенита, усиливающаяся с повышением степени деформации.

Иное влияние на превращение при охлаждении ока­ зывает теплая деформация при более высоких темпера­ турах — около 450° С.

Исследование показало, что с увеличением степени деформации количество е-фазы, образующейся при ох­ лаждении деформированного аустенита, непрерывно уменьшается (см. рис. 32). Постепенная стабилизация аустенита с увеличением степени деформации сопровож­ дается, как и при 300° С, некоторым уменьшением твер­ дости (см. рис. 33). Микроструктурное исследование, как и рентгеноструктурный фазовый анализ, показыва­ ет, что деформация при 450° С оказывает на у-^-е-прев- ращение только стабилизирующее влияние, усиливаю­ щееся с увеличением степени деформации, что объясня­ ется снижением предела упругости и увеличением плас­ тических свойств при повышении температуры.

Предварительная пластическая деформация оказы­ вает на у—>-е-превращение такое же влияние, как и на мартенситное превращение. Как и в случае мартенсит­ ного превращения, это влияние обусловлено процессами, протекающими в аустените под влиянием деформации, т. е. возникновением напряжений и измельчением зерен и блоков мозаики. Остаточные напряжения, возникающие при деформации, должны способствовать более интен­ сивному превращению аустенита в е-фазу. В то же вре­ мя измельчение зерен и блоков мозаики сопровождает­ ся увеличением числа границ раздела в процессе дефор­ мации, что должно приводить к стабилизации аустенита из-за торможения когерентного роста кристаллов е-фа­ зы.

Для проверки этого положения слабо и сильно дефор­ мированные образцы были отожжены при различных температурах. Образцы, деформированные на 3% при 300° С и охлажденные на воздухе, подвергали последую­ щему отжигу при 370° С в течение 30 мин, 2 и 6 ч. Пред­ полагалось, что в процессе отжига при 370° С произойдет снятие остаточных напряжений.

Количество е-фазы в отожженных образцах снизилось до 42%, т. е. интенсивность у-ѵе-превращения уменьши­ лась по сравнению не только с деформированным, но и с закаленным состоянием. В результате отжига произо­

шла некоторая дополнительная стабилизация аустенита. Образец, деформированный на 2% при 300° С, после сня­

ботки количество е-фазы также составляло ~42% . От­ жиг слабо деформированных сплавов при 370°С приво­

дил к понижению твердости, что являлось результатом снятия напряжений и уменьшения количества е-фазы. Это показывает, что именно напряжения оказывают сильное активизирующее влияние на у->в-превращение.

Предварительная деформация на 15% при 300° С при­ водит к значительной стабилизации аустенита. Количест­

во е-фазы, образовавшейся при охлаждении деформи­ рованного аустенита, снижается до 10%. Последующий нагрев образцов до 300° С приводит к полной стабилиза­ ции аустенита. Для определения причины дополнитель­ ной стабилизации при последующем нагреве из рабочей части разрывного образца, деформированного при 300° С и охлажденного до комнатной температуры, были изготовлены образцы, которые отжигали при 370° С в продолжение 30 мин, 2 и 6 ч. Рентгенографическое оп­ ределение количества е-фазы показало, что в результате предварительной деформации эффект превращения сни­ жается до 35%. В результате последующего отжига при 370° С эффект стабилизации аустенита усиливается и ко­ личество е-фазы уменьшается до 25% •

Явление дополнительной стабилизации аустенита в процессе отжига деформированных образцов в области температур 300—400° С объясняется снятием напряже­ ний и перераспределением дислокаций с образованием новых границ блоков. Увеличение числа границ раздела приводит к дополнительной стабилизации аустенита, вследствие торможения когерентного роста кристаллов е-фазы.

Образцы, деформированные на 28% и 38%, отжига­ ли при 400, 650 и 850° С. Предварительная деформация на 28% и 33% оказывала сильное стабилизирующее вли­ яние на превращение. Количество е-фазы, образующей­ ся при охлаждении деформированного аустенита, в дан­ ном случае незначительно. Отжиг при 400° С продолжи­ тельностью от 30 мин до 6 ч приводит к небольшому сни­ жению твердости, что свидетельствует о некотором

уменьшении напряжения; количество е-фазы остается незначительным (рис. 34).

Температура 650° С лежит несколько ниже темпера­ туры рекристаллизации исследуемого сплава. Отжиг

сильно деформированных стабилизированных сплавов

течение 15—30 мин в значительной мере восстанавлива­ ется способность аустенита к превращению. Количество е-фазы увеличивается на 25%, при большей продолжи­ тельности выдержки количество е-фазы дополнительно возрастает. Восстановление способности деформирован­ ного аустенита к превращению обусловлено изменением тонкой структуры аустенита под влиянием отжига при 650° С.

В процессе отжига при температуре несколько ниже температуры рекристаллизации, наряду с процессами релаксации напряжений, происходит полигонизация. Из­ менение числа границ приводит к увеличению эффекта превращения аустенита в е-фазу и ослаблению стабили­ зации аустенита.

В процессе отжига — возврата стабилизация сильно деформированной стали сопровождается необычным из­ менением твердости. С увеличением продолжительности отжига при 650°С твердость возрастает, что обусловле­

нита к превращению в е-фазу. При охлаждении количе­ ство е-фазы возрастает до 40% уже после 15 мин вы­ держки при 850° С. С увеличением продолжительности выдержки количество е-фазы непрерывно увеличивается. Процесс рекристаллизации деформированной фазы со­ провождается резким снижением твердости.

Таким образом, предварительная пластическая де­ формации в области повышенных температур (теплая

деформация) с последующей термической обработкой позволяет в значительной степени регулировать после­ дующее мартенситное превращение — как интенсифици­ ровать, так и ослаблять его.

3. Влияние фазового наклепа на образование е-мартенсита

Явление фазового наклепа, а также влияние фазо­ вых переходов на упрочнение и стабилизацию аустени­ та хорошо изучено на никелевых и хромоникелевых сплавах [34]. В нашей работе исследовано влияние фа­ зовых переходов на интенсивность у^-е-превращения стали Г20, которая в исходном состоянии содержала ~50% е-фазы. Превращение е-фазы в аустенит при нагреве происходило в области температур 150—200° С; превращение аустенита при охлаждении начиналось при 90—100° С и продолжалось до температуры ниже ком­ натной. Таким образом, прямое и обратное превращение протекало в области довольно низких температур, при которых сплав обладает достаточно высокими упругими свойствами.

Как показывает дилатометрическое исследование, превращение сопровождается объемными изменениями. Это позволяет предположить, что многократные фазо­ вые переходы должны вызывать изменение прочностных свойств Fe—Мh сплава, вследствие изменения его фазо­ вого состава.

Определение количества е-фазы в зависимости от числа фазовых переходов проводилось рентгенострук­ турным методом и показало, что с увеличением числа цик­ лов до 4 количество е-фазы увеличивается до ~80% . При дальнейшем увеличении числа циклов нагрева и охлаждения происходит уменьшение количества е-фазы, вследствие стабилизации аустенита (рис. 35,а).

Число фазовых переходов Число фазовых переходов

Р и с . 35. И з м е н е н и е к о л и ч е с т в а е - ф а з ы с п л а в а Г2 0 (а ) и т в е р д о с т и (б ) в з а в и с и м о с т и о т ч и с л а ц и к л о в ф а з о в ы х п е р е х о д о в :

/ — 6—7-й балл; 2 — 1—2-й балл

После 10 циклов нагрева и охлаждения количество е- фазы снижается до 20—30%. Дилатометрические иссле­ дования подтвердили эти результаты.

С увеличением числа фазовых переходов изменяет­ ся также твердость исследуемого сплава. После 3—4 фазовых переходов твердость несколько возрастает, что объясняется наклепом аустенита, а также некоторым увеличением количества е-фазы. При дальнейшем уве­ личении числа циклов нагрева и охлаждения твердость