CC BY
13
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХН1ЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2002р Вип. № 12
УДК 669.017.07
Ткаченко И.Ф.1, Ткаченко К. И.2
ОБ ОСОБЕННОСТЯХ ОБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА ПРИ НАГРЕВЕ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ
Изучено фазоео-структурное состояние стали типа 10Х2Н4МДФ после изотермической выдержки при субкритических температурах. Показано, что в структуре этой стали фиксируется остаточный аустенит после выдержки при температурах 660-760 °С в течение не менее 4 часов. Наибольшее количество у-фазы (18-21 %) обнаружено после выдержки в интервале 660-720 °С в течение 18 час. Изменение температуры в пределах 660-720 °С оказывает существенное влияние на морфологию остаточного аустенита.
Изучению образования аустенита при нагреве в сталях различного химического состава посвящено большое количество исследований [1,2]. Основные закономерности этого процесса наиболее полно изложены в работе [2]. В то же время, в литературе приводятся данные о появлении остаточного аустенита в структуре высокопрочных свариваемых сталей после отпуска при субкритических температурах [3], отмечается широкий температурный интервал начала а —» у превращения в указанных сталях [4], а также аномалии ряда физико-механических свойств при указанных температурах [5]. В связи с этим, представляют интерес дополнительные исследования особенностей образования аустенита в легированных сталях при субкритических температурах.
В настоящей работе приведены результаты металлографического и рентгеноструктурного исследования процесса образования аустенита в стали типа 10Х2Н4МДФ (АС1 = 700 °С) с исходной структурой нижнего бейнита. Исследования проводили на образцах, вырезанных из заготовок размерами 100x150x40 мм. Заготовки подвергались нагреву до температур в интервале: 650-800 °С с выдержкой 6-20 часов с последующим охлаждением в воде. Металлографический анализ выполняли на микроскопе «Ер1диап1>2М» при увеличениях: х500, хЮОО. Количественные рент-геноструктурные исследования проводились на установке УРС-50И-М в железном Ка - излучении. Полученные результаты показали, в частности, что остаточный аустенит в структуре исследованной стали фиксируется рентгенографически после изотермической выдержки при температурах 660-760 °С в течение не менее 4 часов. Наибольшее количество у-фазы (18-21 %) было обнаружено после выдержки в интервале 660-720 °С в течение 18 час. Микроструктура исследованной стали после указанной термообработки показана на рисунке. Как видно из рис.(а), при пониженных температурах изотермической выдержки (660 °С), остаточный аустенит присутствует в структуре в виде мелких, равноосных участков, «островков», расположенных на границах бейнитных пакетов. Указанные участки обозначены на рисунке цифрой 1. С повышением температуры до 680 °С (рис.б), такие же по форме области остаточного аустенита, обозначенные цифрой 2, наблюдаются также в объёме пакетов, преимущественно на границах бейнитных пластин. Как показывает рис.в, при достижении температуры 700 °С, морфология областей остаточной у-фазы качественно изменяется. Наряду с наблюдавшимися при более низких температурах выдержки, относительно равноосными участками 1-го и 2-го типов, присутствуют также вытянутые вдоль бейнитных пластин аустенитные области, обозначенные цифрой 3. Дальнейшее удлинение, а также слияние вытянутых участков остаточного аустенита с образованием «перлито-подобной», ориентированной микроструктуры, при сохранении выделений 1-го типа, наблюдается после изотермической выдержки при 720 °С (См. рис.г).
Полученные данные об изменении морфологии остаточного аустенита в исследованной
1 ПГТУ, канд.техн.наук, доц.
2 ПГТУ, студент.
в г
Рис.- Микроструктура стали типа 10Х2Н4МДФ после изотермической выдержки в течение 18 часов при температурах: (а) 660 "С, (б) 680 °С, (в) 700 "С, (г) 720 °С. хЮОО.
стали в зависимости от температуры выдержки в окрестности точки АС1 можно объяснить следующим образом. Согласно общим положениям теории зародышеобразования [2], а также результатам теоретических исследований [6], образования зародышей аустенита при нагреве следует ожидать в первую очередь на высокоугловых границах бейнитных пакетов, как наиболее дефектных участках кристаллической решетки, обеспечивающих минимальную энергию активации процесса зародышеобразования. С повышением температуры изотермической выдержки, более вероятным становится образование зародышей новой фазы на малоугловых границах, а также в других менее дефектных областях кристалла, которые характеризуются более высокой энергией активации. В связи с ограниченной точностью экспериментальных методов фазового анализа, обнаружить присутствие новой фазы в структуре можно только после образования достаточного её количества, что требует выдержки при повышенной температуре по отношению к её минимальному значению, при котором появляются первые объемы у - фазы. Очевидно, что в условиях непрерывного нагрева требуемое превышение температуры должно быть весьма значительным. Таким образом, началу а —» у превращения должен соответствовать интервал температур, а не одно значение температуры как его окончанию, что подтверждается результатами дилатометрических исследований [4].
Выводы
1. Методами оптической металлографии и реитгеноструктуриого количественного фазового анализа изучено формирование аустенита в среднелегированной конструкционной стали на начальных этапах а —» у превращения в процессе изотермической выдержки в окрестности температуры АС1.
2. Показано, что остаточный аустенит в структуре исследованной стали фиксируется рентгеновским методом после выдержки при температурах 660-760 °С в течение не менее 4 часов. Наибольшее количество у-фазы (18-21 %) обнаружено после выдержки в интервале 660-720 °С в течение 18 час.
3. Изменение температуры в пределах 660-720 °С вызывает существенные изменения морфологии остаточного аустенита. С повышением температуры наблюдается переход от дисперсных, равноосных выделений у-фазы на высокоугловых границах к сферическим участкам с более однородным распределением, и далее, к связным областям, вытянутым вдоль бейнитных пластин.
4. Результаты исследований согласуются с ранее полученными экспериментальными данными и основными положениями теории гетерогенного зарождения фаз.
Перечень ссылок
1. Садовский В Д. Структурная наследственность в стали/Сер. «Успехи соврем, металловедения». - М.: Металлургия, 1973. - 205с.
2. Дьяченко С.С. Образование аустенита в железо-углеродистых сплавах,- М.: Металлургия, 1982. - 122с.
3. Положительное решение по заявке № 4768915 от 30.10.1989г.
4. Ткаченко И.Ф. Повышение комплекса механических свойств проката высокопрочных сталей за счет новых режимов термической обработки // Вюник Приазов. держ. техн. ун-ту: 36. наук. пр. — Мар1уполь, 2000,- Вип. № 10,- С.31-35.
5. Гуляев А.П. Сверхпластичность сталей. М.: Металлургия, 1982,- С.44-56.
6. Ткаченко И.Ф., Ткаченко К.И. Особенности образования у-фазы на начальной стадии ау-стенитизации // Изв. вузов. Черн. металлургия,- 1999,- № 6. - С.46-48.
Ткаченко Игорь Федорович. Канд. техн. наук, доцент кафедры материаловедения, окончил Мариупольский металлургический институт в 1978г. Основные направления научных исследований - развитие теории фазовых превращений в сплавах на основе железа, исследование влияния микроструктуры на механические свойства кристаллов, совершенствование технологий термообработки конструкционных сталей.
Ткаченко Константин Игоревич. Студент гр. МТ-99. Направления исследований - компьютерное моделирование физико-химических процессов, влияние термообработки на структуру и свойства сталей.
Статья поступила 21.03.2002
