книги из ГПНТБ / Физические основы электротермического упрочнения стали

Все эти искажения структуры повышают внутреннюю свободную энергию сплава, избыток которой для стали, например, при степени

(12,3 кал/г [123]). Столь сильное энергетическое воздействие пласти­ ческой деформации на сплав может вызвать в нем изменение кине­ тики процессов фазовых превращений.

Большие изменения при деформации стали претерпевает кар­ бидная фаза, причем характер изменений неодинаков у карбидов

пропорционально уменьшению диаметра проволоки [54, 118]. Наблюдалось [124—127] уменьшение количества цементита при деформации стали, что можно было объяс­ нить частичным разрушением цементита и переходом углерода в твер­ дый раствор, где он образует сегрегации на дислокациях или весь­ ма мелкие графитные выделения. Изменения карбидной фазы и диспергирование перлита не могут не отразиться на кинетических условиях аустенизации деформированной стали.

В целом воздействие пластической деформации на аустенизацию стали — весьма сложное явление. С формально термодинамической точки зрения его можно описать так: запасенная энергия деформа­ ции повышает внутреннюю свободную энергию феррито-карбидной смеси, вследствие чего может измениться положение точки фазового перехода Ах. Снижение температурных интервалов аустенизации является также следствием ускорения кинетики превращения в ре­ зультате измельчения структуры стали при деформации.

Рассмотрим результаты экспериментальных исследований по влиянию деформации на процессы образования аустенита. В работе [128] изучались критические точки, температурные интервалы аусте­ низации и величины дилатометрических эффектов A / a - v железа, сплавов железа с кобальтом и стали У8 при нагреве со скоростями

грева в общем носит такой же характер, как и аналогичная зависи­ мость для отожженного железа (рис. 48), но кривая смещена вниз по температурной шкале на 15—20° С.

На рис. 49 приведены результаты определения критической точки и величины дилатометрического эффекта —j— в зависимости от

скорости нагрева для отожженных и деформированных сплавов же­ леза с кобальтом. Можно отметить следующие закономерности этой зависимости.

1. Во всех случаях предварительная пластическая деформация приводит к снижению температуры образования аустенита, однако нри скоростях нагрева, составляющих сотни градусов в секунду и выше, критическая точка фиксируется не ниже равновесной темпе­ ратуры фазового перехода.

2.При скорости нагрева выше 30—50 град/сек повышается тем­ пература а -> у превращения, однако темп этого роста в деформи­ рованных сплавах ниже, чем в отожженных.

3.В деформированных сплавах а ->- у превращение «растягива­ ется» на значительный температурный интервал, увеличивающийся при повышении скорости нагрева, в то время как в отожженных сплавах превращение, как правило, происходит в очень небольшом

интервале температур (в пределах изотермической площадки).

чивается дилатометрический эффект сжатия (см. рис. 49); в отож­ женных сплавах этот эффект уменьшается вследствие повышения

связана с характером накопления запасенной энергии 8 при дефор­ мации стали [129] (рис. 51), а также других сплавов [130]. Кроме того, она хотя бы частично может быть обусловлена релаксацией не­ которой части наклепа в процессе быстрого нагрева до температуры

температурный интервал аустенизации, чем деформированная сталь существенно отличается от закаленной, в которой превращение всегда проявляется в виде четкой термической площадки. На рис. 53 показана закономерность снижения температурных интервалов ау­ стенизации при деформации отожженной стали У8. Интересно отме­

На рис. 54 показано начало образования аустенита в перлитной и ферритной составляющих сталей с 0,17; 0,31; 0,46 и 0,73% углерода после деформации с различным суммарным обжатием. Положение температурного уровня перлитной части превращения во всех этих сталях почти совпадает. Температура его начала зависит только от степени деформации и скорости нагрева, хотя влияние содержания углерода не обнаружено (рис. 55). В интервале изученных скоростей

когда процесс не осложняется растворением феррита в аустените, влияние пластической деформации на фазовую перекристаллизацию в доэвтектоидных сталях можно рассматривать как суперпозицию фазовых превращений деформированных перлита и феррита.

Итак, влияние пластической деформации на процессы образова­ ния аустенита весьма значительно. При этом, с одной стороны, сни­ жается температурный интервал превращения, а с другой — увели­ чивается дилатометрический эффект. Непосредственной причиной •снижения температурного интервала аустенизации можно считать

.изменение структурно-кинетических условий превращения вслед­ ствие резкого уменьшения работы образования зародыша за счет увеличения числа дефектных мест в решетке, на которых возможно зарождение аустенита [72, 73].

Выше было показано, что кинетическая формула (37) достаточ­ но хорошо количественно описывает зависимость изменения кри­ тической точки эвтектоидной стали от скорости нагрева. Поскольку в ней непосредственно учитывается влияние структуры на критиче­ скую точку, можно использовать расчетный анализ для объяснения природы снижения критической точки в зависимости от степени деформации. В нашем эксперименте [135] образцы из стали 70 со структурой зернистого цементита и тонкопластинчатого перлита бы­ ли предварительно деформированы с различной степенью обжатия. На комплексной установке [136] измерялись критическая точка и величина температурного интервала аустенизации при скоростях нагрева 1200; 600 и 70 град /сек. Параллельно на высокочувствитель­ ном дифференциальном калориметре определялась величина запа­ сенной энергии наклепа [137]. Так как в процессе быстрого нагрева до температуры аустенизации неизбежна частичная релаксация запасенной энергии, то определялась величина энергии, остающейся в образце к началу а у превращения. С этой целью деформирован­ ные образцы нагревались со скоростью 70 и 1200 град/сек до темпе­ ратуры 650—670° С, охлаждались на воздухе, а затем повторно на­ гревались в калориметре, где определялась оставшаяся запасенная энергия.

На рис. 56 приведены критические интервалы (начало и конец) превращения в стали 70. Снижение критической точки при повыше­ нии степени деформации можно представить как результат уменьше­ ния структурного параметра а0 в формуле (37). Ферритные проме­ жутки в пластинчатом перлите при волочении изменяются про­ порционально уменьшению диаметра проволоки [54], поэтому величину at можно выразить через степень обжатия ед е ф:

где а0 — половина ферритного промежутка в исходном недеформированном образце. Зависимость критической точки от степени обжа­ тия при фиксированной скорости нагрева v„ имеет вид

Для проверки экспериментальных данных, приведенных на рис. 56, формулу (59) следует записать в виде

коэффициент [138]. Если снижение критической точки стали обус­ ловливается закономерным уменьшением параметра at при волоче­ нии, то экспериментальные данные должны удовлетворять линей­

На рис. 57 приведены результаты проверки. Как видим, при неболь­ шой скорости нагрева (70 град/сек) экспериментальные данные удов­ летворяют формуле (60). Расчетное значение параметра А, получен­ ное в предположении, что среднее межцементитное расстояние 2а0 в отожженной стали находится в пределах 0,5—1,0 мк, (3,4—6,2) X

щая снижение критической точки как результат уменьшения межцементитных промежутков при деформации, достаточно хорошо со­ гласуется с экспериментальными данными, полученными при сравни-

"тельно медленном нагреве деформированной стали (70 град/сек). Экспериментальные результаты, полученные при быстром нагреве (600 и 1200 град/сек) и степени обжатия от 40% и более, лишь частич­ но укладываются на прямой (см. рис. 57). При ед е ф >• 40% наблю­ дается аномально - большое снижение критической точки, которое

•связано с дефектным состоянием деформированной стали [139]. Ускорение процесса может быть обусловлено зарождением центров аустенита на дислокациях, ускорением диффузии углерода по дис­ локационным трубкам и, наконец, просто увеличением скорости зарождения аустенита вследствие резкого уменьшения работы об­

'плотность дислокаций в недеформированной стали). Подставив а( вместо at в формулу (35), получим

Результаты обработки экспериментальных критических точек деформированной стали 70 приведены на рис. 58. Как видим, при

релаксации дислокационных скоплений, аннигиляции и перераспре­ деления дислокаций [140—142]. Именно в этой области температур происходят наибольшие изменения физико-механических свойств стали: интенсивное снятие наклепа (разупрочнение), снятие упругих напряжений, уменьшение объема и др. [140]. Второй максимум (в об­ ласти 400—660° С) связан с явлением первичной рекристаллизации феррита, при которой образуются новые неискаженные зерна, окон­ чательно аннигилируют избыточные дислокации и коагулируют