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

аналогично влиянию предварительной пластической де­

остаточные напряжения, возникающие в аустените под влиянием повторяющихся циклов объемных изменений.

При увеличении числа термических циклов объемные изменения, сопровождающие у^^'Гфевращение, приво­ дят к измельчению блоков мозаики, увеличению числа границ раздела, что подобно большой предварительной пластической деформации (выше 10%) вызывает ста­ билизацию аустенита (см.гл.Ѵ).

Для проверки правильности этого положения сталь, подвергнутую 4 циклам фазовых переходов, нагревали

снижалось до 38%, т. е. отпуск приводил к дополнитель­ ной стабилизации аустенита (рис. 36). Дилатометриче­ ский анализ также показывает, что дополнительный на­ грев (отпуск) при 350—400°С сталей, предварительно подвергнутых 4 и 10 циклам фазовых переходов, ведет к усилению стабилизации аустенита. Явление дополни­ тельной стабилизации под влиянием низкотемператур­ ного нагрева объясняется снятием остаточных напряже­ ний, в результате чего образуются новые границы блоков,

Образцы, подвергнутые 10 циклам фазовых перехо­ дов, были отожжены при 620° С также в течение 15 мин, 1, 3 ч. После 10 циклов нагрева и охлаждения происхо­ дит значительная стабилизация аустенита, количество е-фазы уменьшается до ~25% - Отжиг при 620° С, даже кратковременный, восстанавливает способность аустени­ та к превращению, в результате чего количество е-фазы увеличивается до 55% (см. рис. 36). Восстановление способности аустенита к превращению в е-фазу в ре­ зультате отжига обусловлено, по-видимому, процесса­ ми укрупнения блоков, происходящим при 620° С. Уменьшение границ раздела приводит к увеличению эф­ фекта превращения.

Изменение твердости и фазового состава стали в процессе фазовых переходов свидетельствует об упроч­ нении аустенита, происходящем под влиянием много­ кратных фазовых переходов. При увеличении числа циклов нагрева и охлаждения выше 4—5 наблюдается разупрочнение исследуемого сплава, вследствие стаби­ лизации аустенита. Отжиг при 800° С крупнозернистых образцов, предварительно подвергнутых 4 и 10 циклам фазового наклепа, приводит к рекристаллизации. Нача­ ло рекристаллизации наблюдается уже при выдержке в течение 4 мин, о чем свидетельствует резко выражен­ ная неоднородность структуры: крупные зерна аустени­ та окружены мелкими, вновь образовавшимися зерна­ ми. Склонность Fe—Mn стали с большим содержанием е-фазы к рекристаллизации при фазовом наклепе мо­ жет быть использована на практике.

В дальнейших работах стабилизация аустенита фа­ зовыми переходами была исследована в более широком температурном интервале нагрева и охлаждения. На­ гревы проводились до температур 250, 300, 400, 600 и 800° С, а охлаждение — до 20 и —196° С. Средняя ско­ рость охлаждения образцов в температурном интервале у—>-е-превращения составляла 10—20 град/мин. Общее время нагрева до соответствующей температуры состав­ ляло ~ 10 мин.

Нагревы при всех исследованных температурах при­ водили к снижению температуры начала превращения, наиболее сильному (как и раньше) при первых циклах фазовых переходов. Интенсивность этого процесса определяется также и температурой нагрева. Наиболее

сильно снижают температуру начала превращения (т. е. мартенситную точку) повторные фазовые переходы при 400° С. Термические циклы при температурах выше и ниже этой влияют слабее (рис. 37).

Влияние фазовых переходов на дилатометрический эффект у- ^e-превращения имеет более сложный харак­ тер. Нагревы до 250 и 300° С приводят к увеличению дилатометрического эффекта при небольших числах циклов, а при дальнейшем их увеличении эффект ослаб­

эффекта убывает. Нагрев до 400° С оказывает наиболее сильное влияние на дилатометрический эффект превра­ щения. Даже при 800° С повторные фазовые переходы способны вызвать некоторое понижение температуры начала образования е-фазы и уменьшение дилатометри­ ческого эффекта превращения.

Исследования кинетики образования е-фазы при неперерывном охлаждении показали, что фазовые перехо­ ды при 400—180° С сужают и смещают в область более низких температур интервал максимальной скорости превращения. При этом с увеличением числа циклов уменьшается интенсивность превращения (рис. 38), что связано с сужением температурного интервала у->е- превращения. По мере увеличения числа циклов фазо­

вые переходы значительно снижают мартенситную точ­ ку, сужают и повышают температурный интервал е—ѵу-превращения.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что фазовые переходы . при нагревах от 250 до 600° С стабилизируют аустенит по отношению к у->е-превра- щению. Стабилизация проявляется в понижении темпе-

6 — мартенситное превращение: / — закалка от 950° С; 2 — закалка-Ь +5 термических циклов; 3 — закалка-НО циклов

ратуры начала превращения и уменьшении дилатометрического эффекта, сужении и повышении температур­

ного интервала е^ -у пРевРаш-ения- Максимальная ста­ билизация аустенита фазовыми переходами проявляет­ ся при 400° С, минимальная — при 800 и 600° С.

Металлографические исследования были проведены на сплаве Г19 после нагрева при 1200° С с охлаждением в печи и показали, что после такой обработки структу­ ра сплава Г19 состоит из широких пластин е-фазы. Стабилизация аустенита фазовыми переходами 400 ^

20° С вызывает значительное изменение в микро­ структуре сплава. После ряда переходов е-фаза образу­ ется в основном в участках аустенита, не претерпеваю­ щих превращений. Новые пластины могут пересекать области превращающегося аустенита, потому что уча­

образование пластин s-фазы (рис. 39). Электронномик­ роскопическое исследование показало, что по мере уве­ личения числа фазовых переходов пластины е-фазы рас­ творяются (рис. 40). После достаточного числа циклов сплав Г19 имеет полностью аустенитную структуру.

Р и с . 40. Р а с т в о р е н и е е - м а р т е н с и т а п р и ф а з о в ы х п е р е х о д а х . Х 2 7 000

Микротвердость аустенита несколько повышена в результате фазовых переходов, заметное изменение мик­ ротвердости наблюдается уже после 3—4 циклов. Если после закалки микротвердость составляет ~2400 Мн/м2 (240 кГ/мм2), то после 3 циклов она равна 3000— 3200 Мн/м2 (300—320 кГ/мм2). Дальнейшее увеличение числа циклов фазовых переходов незначительно изме­ няет микротвердость аустенита. Таким образом, в про­ цессе фазовых переходов имеет место упрочнение аусте­

нита.

Металлографическими исследованиями установлено, что повышение устойчивости аустенита, обусловленное фазовыми переходами, сопровождается повышением хи­ мической активности (травимости). Устойчивость аус­ тенита настолько значительна, что при последующем охлаждении y-^-s-превращение проходит в основном только в участках аустенита, не затронутых предшест­ вующим превращением.

Таким образом, устойчивость Fe—Mn аустенита по отношению к мартенситному превращению можно из­ менять не только путем легирования, но также фазовы­ ми переходами. Стабилизация аустенита по отношению к образованию е-фазы при многократных фазовых пе­ реходах имеет, наряду с общими для у-^-е-переходов чертами, ряд особенностей. К, ним, например, относятся активация превращения при первых циклах нагрева (ниже 400° С) и охлаждения, которое сопровождается

зависимость степени стабилизации от температуры, до которой осуществляются нагревы при фазовых перехо­ дах, и некоторые другие. Изменение устойчивости высо­ котемпературной модификации при мартенситном пре­ вращении даже в металлах и сплавах с одинаковыми

4.Стабилизация аустенита

Впредыдущем разделе было рассмотрено влияние фазового наклепа на у->-е-превращение и, в частности, на стабилизацию аустенита. Поскольку стабилизация аустенита существенно влияет на протекание дальней­ ших превращений, следует также обсудить роль терми­ ческой стабилизации и влияние легирующих элемен­ тов.

Влияние температуры закалки от 750 до 1300° С,

температуры отжига от 150 до 600° С, времени выдерж­ ки и скорости охлаждения было изучено рядом иссле­ дователей. Парр [36] проводил такого рода исследова­ ния на опилках сплава Г17. Его результаты не позволя­ ют судить о термической стабилизации, поскольку в этом случае трудно отделить термический фактор от механического (деформация при напиловке).

В предыдущем разделе было отмечено повышение устойчивости при нагреве до 370°С после фазового на­ клепа. В дальнейшем были исследованы выдержки вы­ ше температур у^-е-превращения на 300 и 20—30 град, охлаждение проводили со скоростью 10—20 градIмин в дилатометре.

Не было обнаружено изменений температуры нача­ ла у->-е-превращения и величины дилатометрического эффекта по сравнению с образцом, охлажденным с 950° С без выдержки. Из полученных данных следует, что выше температуры начала превращения не проис­ ходит изменений в устойчивости аустенита без соответ­ ствующих воздействий (например, фазовых переходов

личением времени выдержки не подтвердился. Выдержки при температурах выше температур фа­

зовых у->-е-переходов могут определить температурную устойчивость приобретенных структурных изменений. Фазовые переходы с промежуточными выдержками при 250° С при увеличении времени выдержки между цик­ лами до 60 мин повышают устойчивость аустенита, т. е. более интенсивно понижается температура начала у->-е-превращения и уменьшается дилатометрический/ эффект (рис. 41). Дальнейшее увеличение времени вы­ держки между циклами не приводит к существенному изменению устойчивости аустенита. При этом дилато­ метрический эффект при первых циклах фазовых пере­ ходов с промежуточными выдержками по 60 мин не увеличивается.

С повышением температуры нагрева до 400° С устой­ чивость структурных изменений, препятствующих бо­ лее сильной стабилизации аустенита, уменьшается и при нагреве до этой температуры наблюдается максималь­ ная стабилизация аустенита. Выдержки между циклами фазовых превращений при 400 ^ 20° С до 2 ч не приво­ дят к дополнительному изменению устойчивости аусте­ нита. С возрастанием температуры нагрева при фазо­ вых переходах выше 400° устойчивость аустенита начи­ нает уменьшаться. Это связано с тем, что при этих температурах происходят процессы дестабилизации. Вы­ держка при 500° С не приводит к изменению устойчи­ вости аустенита, она вызывает только повышение тем­ пературы начала у->-е-превращения. Повышение темпе­ ратуры нагрева до 700°С приводит к возрастанию температуры начала превращения до 60° С. Выдержка до 60 мин при 500 и 700° С наиболее интенсивно повыша­ ет температуру начала у-»-е-превращения. (рис. 42). Ос­ новная доля эффектов стабилизации устраняется нагре­ вом между 700 и 800° С.

При нагреве выше 800° С наблюдается очень медлен­ ное устранение эффектов стабилизации. Этот процесс протекает очень вяло и затягивается вплоть до 1050° С. Нагрев до 950° С образца с стабилизированным аусте­ нитом еще не приводит к восстановлению ни темпера­ туры начала у-*-е-превращения, ни дилатометрического эффекта до исходного (после закалки) уровня. Лишь после нагрева до 1050° С температура начала у->-е-пре- вращения повышается до 110° С. Нагрев до 1150° С при­ водит к некоторому понижению температуры начала превращения и уменьшению дилатометрического эффек­ та превращения, что, по-видимому, связано с ростом зерна.

Микроструктурные исследования показывают, что е-фаза, образующаяся после фазовых переходов, более мелкодисперсна, чем после закалки.

Проведенные исследования температурной устойчи­ вости искажений аустенита после фазовых у-^е-перехо- дов позволяют сделать вывод, что при нагревах до любых из исследованных температур эти переходы вызы­

рые способствуют стабилизации аустенита, обладают высокой температурной устойчивостью и устраняются лишь при 1000—1100° С. При этом устранение этих ис­ кажений происходит стадиями: наиболее интенсивно при 700—800° С, менее интенсивно — при 500—700°С и довольно вяло — от 800 до 1050° С. Такой характер за­ лечивания искажений указывает на то, что фазовые у-^е-переходы, приводящие к стабилизации аустенита, сопровождаются изменениями нескольких факторов, микро- и субмикроструктуры аустенита.

Изменение скоростей охлаждения в пределах до 9000 град/сек при скорости нагрева 600 град/сек не вли­ яет на температурные интервалы у->-е-превращения. Од­ нако о влиянии скоростей охлаждения на количество е-фазы в литературе существуют противоречивые дан­ ные. Согласно [37], в образцах, охлажденных в печи, содержится больше е-фазы, чем в закаленных. Кроме того, было установлено, что после одной и той же тер­

ров образца повышается содержание е-фазы. Этим осо­ бенностям превращения в литературе не дается долж­ ного объяснения.

Наше исследование влияния скоростей охлаждения

дилатометрическим методом на сплаве Г19. Охлаждение образца с 950°С проводили в дилатометре. Изменение скоростей охлаждения выше температуры начала пре­ вращения от 3 до 300 град/мин не приводит к изменению ни температуры начала превращения, ни величины ди­ латометрического эффекта. Уменьшение скорости ох­ лаждения в температурном интервале превращения от 20 до 0,5 град/мин приводит к увеличению дилатометри­ ческого эффекта у->-£-превращения на 12—14%.

Такое влияние скоростей охлаждения в температур­ ном интервале превращения на количество е-фазы мо­ жет быть объяснено следующим образом. В работе [40] обнаружено, что при охлаждении сплава Г20 изотерми­ ческое образование е-фазы с максимальной скоростью происходит в области температур от —70° С до 40° С. Выше и ниже этих температур скорость изотермическо­ го распада аустенита мала. Следовательно, чем медлен­