Главная Процесс термической обработки 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 [ 73 ] 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 углеродом, то эти сегрегации становятся местами зарождения частиц карбида. Как отмечалось в § 32, повышение точки при ускорении закалочного охлаждения {см. рис. 103) вызвано тем, что атомы углерода не успевают образовывать сегрегации на дефектах решетки аустенита. С этим согласуется то, что при очень больших скоростях охлаждения твердость кристаллов мартенсита оказывается почти в полтора раза ниже, чем после обычной закалки. Из-за действия указанных выше механизмов упрочнения углерод оказывает столь сильное упрочняющее влияние на мартенсит, что твердость закаленной стали практически не зависит от содержания легирующих элементов, растворенных в мартенсите по способу замещения, а определяется только концентрацией углерода. Суммируя, можно заключить, что сильное упрочнение сталей при закалке на мартенсит обусловлено образованием пересыщенного углеродом а-раствора, появлением большого числа двойниковых прослоек и повышением плотности дислокации при мартенситном превращении, образованием на дислокациях атмосфер из атомов углерода и выделением из а-раствора дисперсных частиц карбида. Вклад каждого из этих факторов в общее упрочнение при закалке окончательно не установлен. Начинающие изучать термическую обработку часто рассматривают сильное упрочнение при закалке сталей как явление, исключительное по своему эффекту, по приросту твердости. Обратимся к фактам. Твердость эвтектоидной стали в отожженном состоянии составляет 180 НВ, а в закаленном 650 НВ. Следовательно, закалка повышает ее твердость в 3,5 раза. Упрочнение металлов и сплавов достигают также другими путями. При холодной пластической деформации твердость легко увеличить вдвое и даже втрое. Увеличивая концентрацию твердого раствора при легировании металла, особенно раствора внедрения, можно повысить твердость в несколько раз. Например, твердость раствора титана с 0,7% О в три раза больше твердости чистого титана {атомы кислорода внедрены в решетку а-титана). Сильное упрочнение достигается при дисперсионном твердении стареющих сплавов. Например, старение бериллиевой бронзы при 350 С приводит к увеличению твердости в четыре раза (!) по сравнению с закаленным состоянием. При сопоставлении с приведенными примерами эффект упрочнения при закалке сталей не выглядит чем-то выдающимся, особенно если учесть одновременное действие нескольких механизмов упрочнения. В сплавах других систем (не на основе железа) упрочнение при закалке на мартенсит может быть вызвано действием тех же механизмов, что и при закалке сталей и безуглеродистых железных сплавов. Наиболее общим является механизм фазового наклепа, свойственного всем мартенситным превращениям в металлах и сплавах и состоящего в увеличении плотности дефектов кристаллической решетки. . 2, Изменение пластичности при закалке Закалка углеродистых сталей приводит к резкому снижению всех показателей пластичности. Относительное удлинение и сужение закаленных высокоуглеродистых сталей равны нулю. В то время, когда считалось, что мартёнситное превращение протекает только в сталях, обычно подчеркивалось, что мартенсит тверд, но хрупок. Когда же обнаружили мартёнситное превращение в безуглеродистых железных сплавах и сплавах цветных металлов, то оказалось, что хрупкость не является общим свойством, присущим любому мартенситу. Теперь установлено, что низкое сопротивление хрупкому разрушению мартенсита в сплавах железа связано с присутствием в о. ц. к. решетке элементов внедрения - углерода и азота. Основная причина резкого охрупчивания при закалке углеродистых сталей - малая подвижность дислокаций в мартенсите, содержащем углерод. Это вызвано, во-первых, повышенным сопротивлением решетки раствора внедрения скольжению дислокаций и, во-вторых, закреплением дислокаций атмосферами из атомов углерода. Из-за низкой подвижности дислокаций не происходит релаксации напряжений у вершины хрупкой трещины вследствие микропластической деформации, чем и объясняется низкое сопротивление мартенсита распространению трещины. Зарождению хрупких трещин способствует локальная концентрация микронапряжений около скоплений дислокаций в мартенсите. Следовательно, мартенсит углеродистых сталей обладает пониженным сопротивлением зарождению и особенно низким сопротивлением развитию хрупких трещин. В высокоуглеродистых сталях микротрещины можно увидеть сразу же после закалки, еще до приложения внешней нагрузки. Картина резко меняется, если углерод вывести из состава сплава. Так называемые мартенситно-стареющие стали, являющиеся безуглеродистыми сплавами железа с никелем, кобальтом, молибденом и титаном (о них см. в § 47), после закалки на мартенсит отличаются высокими показателями пластичности (б = = 14-4-20%, \j = 70-г-80%) и высокой ударной вязкостью {а = = 27-=-30 кгс-м/см). Эти сплавы в закаленном состоянии можно обрабатывать при комнатной температуре давлением с высокими обжатиями, в то время как закаленную высокоуглеродистую сталь из-за хрупкости вообще невозможно обработать давлением при комнатной температуре. Высокие показатели пластичности безуглеродистых железных сплавов после закалки на мартенсит объясняются следующим. В мартенсите при плотности дислокаций, доходящей до 10 см , для закрепления всех дислокаций требуется концентрация около 0,2% С. Поэтому в закаленных мартенситно-стареющих сталях, содержащих не более 0,03% С, имеются незакрепленные дислокации. Никель и кобальт, содержащиеся в большом количестве 226 3 этих сталях (например, сталь с 18% Ni и 8% Со), увеличивают подвижность дислокаций в мартенсите, так как они понижают сопротивление решетки мартенсита скольжению дислокаций и уменьшают степень закрепления дислокаций атомами примесей углерода н азота. Высокая подвижность дислокаций в железо-никелевом мартенсите обеспечивает разрядку напряжений у вершины трещины, повышая сопротивление хрупкому разрушению. Если отвлечься от проблемы хрупкости твердых растворов с о. ц. к. решеткой, содержащих элементы внедрения, то следует заметить, что закаленные на мартенсит металлы и сплавы в общем могут иметь довольно высокие показатели пластичности, хотя после мартенситного превращения из-за повышенной плотности дефектов решетки показатели пластичности должны быть ниже, чем после полиморфного превращения с неупорядоченной перестройкой решетки. § 38. БЕЙНИТНОЕ ПРЕВРАЩЕНИЕ 1. Строение бейнита В углеродистых сталях ниже изгиба G-кривой, в интервале примерно 500-250° С, происходит бейнитное превращение. Оно называется также промежуточным превращением - промежуточным между перлитным и мартенситным. Кинетика этого превращения и получающиеся структуры имеют черты кинетики и структур, наблюдаемых при диффузионном перлитном и бездиффузионном мартенситном превращениях. В результате бейнитного превращения образуется смесь а-фазы (феррита) и карбида, которая называется бейнитом. Карбид в бейните не имеет пластинчатого строения, свойственного перлиту. Карбидные частицы в бейните очень дисперсны, их можно обнаружить только под электронным микроскопом. Различают верхний и нижний- йейнит, образующийся соответственно в верхней и нижней части промежуточного интервала температур (условная граница между ними 350° С). Верхний бейнит имеет перистое строение, а нижний - игольчатое, мартен-ситоподобное. Нижний бейнит по виду микроструктуры бывает трудно отличить от отпущенного мартенсита. Верхний бейнит от нижнего можно более строго отличить по характеру распределения карбидной фазы. Электронномикро-скопический анализ показал, что в верхнем бейните карбидные частицы расположены между пластинами феррита или по границам и внутри пластин, а в нижнем бейните включения карбида находятся только внутри пластин а-фазы. Продукты изотермического превращения переохлажденного аустенита в промежуточном интервале температур по своим физическим свойствам, составу и структуре фаз близки к продукта ! отпуска мартенсита закаленной стали, если- температуры бейнит-8* 227 |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |