CC BY
15УДК 621.793
ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОЙ СТРУКТУРЫ НА РЕЗУЛЬТАТ СФЕРОИДИЗИРУЮЩЕГО ОТЖИГА КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
В.В. Свищенко, A.A. Иванайский
Изучено влияние различных исходных структур на процесс формирования зернистого перлита при сфероидизирующем отжиге стали ЗОХНЗА. Показано, что наиболее благоприятной исходной структурой для получения структуры зернистого перлита сфероидизи-рующим отжигом является зернистый бейнит.
Ключевые слова. Зернистый перлит, сфероидизирующий отжиг, исходная структура, зернистый бейнит.
Структура зернистого перлита является технологически обязательной для проката, используемого при изготовлении деталей методом точной чистовой вырубки. Для получения такой структуры в прокате на металлургических предприятиях используют следующую технологию [1]. Горячий подкат, имеющий обычно структуру феррита и пластинчатого перлита подвергают холодной прокатке с последующим отжигом при температуре 680°С в течение не менее 16 часов. Предшествующая холодная пластическая деформация способствует сфероидизации цементита в процессе отжига и резко сокращает необходимое его время. Тем не менее, данная технология остается малопроизводительной и дорогой, что сдерживает использование метода точной чистовой вырубки.
Сфероидизация карбидов - это диффузионный процесс. Известно [1], что чем далее исходная структура от равновесной, тем быстрей она при сфероидизирующем отжиге трансформируется в зернистый перлит. Так мартенсит трансформируется в зернистый перлит уже после четырёх часовой выдержке при 680°С. Однако это преимущество мартенсита не используют, поскольку получать его в прокате сложно.
Представляет интерес использование структуры зернистого бейнита в качестве исходной перед сфероидизирующем отжигом. Донная структура обнаружена и описана относительно недавно [2-4]. Матричной основой структуры зернистого бейнита является бейнитная а - фаза полиэдрической формы. В ней расположены однофазные включения остаточного аустенита и высокоуглеродистого мартенсита, и включения, представляющие собой механическую смесь а - фазы и
глобулярных карбидов. Включения отличаются размерами и имеют в основном округлую форму. Количество остаточного аустенита составляет 8-12 %. Содержание углерода в остаточном аустените аномально высоко и составляет 1,6 - 1,8 %, при среднем содержании его в составе стали примерно 0,2 %. Теоретически строение и фазовый состав зернистого бейнита благоприятны для трансформации структуры в зернистый перлит при сфероидизирующем отжиге. Получение в прокате зернистого бейнита гораздо менее сложно, чем получение мартенсита [3].
Сравнительное исследование влияния исходной структуры на процесс сфероидизи-рующего отжига проведено на образцах, вырезанных из проката стали марки ЗОХНЗА, имеющих размеры 25x25x10 мм. Образцы были разделены на три партии. Образцы первой группы были подвергнуты полному отжигу, в результате чего они приобрели полосчатую феррито-перлитную структуру (рисунок 1а). Образцы второй партии были подвергнуты нормализации, в результате чего они приобрели структуру зернистого бейнита (рисунок 16). Образцы третьей партии были закалены на мартенситную структуру. После сфероидизирующего отжига образцов, заключавшегося в нагреве до 680°С и выдержек в течение 4-х, 12-ти и 24-х часов у них была определена твердость и изучена микроструктура. Результаты исследования приведены в таблице.
У образцов с исходной полосчатой фер-рито-перлитной структурой после 4-х часовой выдержки не отмечено каких либо её изменений. Только после 12-ти часовой выдержки в перлитных зернах заметно начало сфероидизации цементита. После 24-х часовой вы-
СВИЩЕНКО В.В., ИВАНАЙСКИЙ А.А,
держки сфероидизация завершается. Конеч- представляет собой феррит и зернистый ная структура сохраняет полосчатость и перлит (рисунок 2а).
Таблица - Структура и твёрдость образцов после выдержке при 680°С
Исходная структура и твёрдость Время выдержки в часах, структура и твёрдость
4 12 24
Полосчатая феррито-перлитная НВ 190 Полосчатая феррито-перлитная НВ 186 Полосчатая феррито-перлитная (30 % глобулярного F3C) НВ 183 Полосчатая феррито-перлитная (100 % глобулярного F3C) НВ 180
Зернистый бейнит НВ 324 Зернистый перлит НВ 215 Зернистый перлит НВ 197 Зернистый перлит НВ 184
Мартенсит НРЮЭ 50 Зернистый перлит НВ 248 Зернистый перлит НВ 212 Зернистый перлит НВ 196
б)
Рисунок 1 - Структура образцов в исходном состоянии хЮОО
У образцов с исходной структурой зернистого бейнита зернистый перлит образуется уже после 4-х часовой выдержки (рисунок 26). Дальнейшее увеличение выдержки приводит к снижению степени дисперсности
глобулой цементита (рисунок 2в) и некоторому снижению твердости. Принципиально
такая же картина наблюдается и у образцов с исходной мартенситной структурой. Однако дисперсность и твердость зернистого перлита, полученного из мартенсита выше, чем полученного из зернистого бейнита.
В)
Рисунок 2 - Структура после отжига *1000
ВЛИЯНИЕ ИСХОДНОЙ СТРУКТУРЫ НА РЕЗУЛЬТАТ СФЕРОИДИЗИРУЮЩЕГО ОТЖИГА
КОНСТРУКЦИОННОЙ СТАЛИ
При выборе рациональной для сферои-дизирующего отжига исходной структуры необходимо учесть её влияние как на конечную структуру и твердость, так и на техническую возможность получения в прокате. На основании проведённого исследования проанализируем влияние различных исходных структурных составляющих на формирование структуры во время сфероидизирующей обработки. Наличие перлита в исходной структуре следует считать недопустимым, поскольку эта структурная составляющая наиболее длительно трансформируется в зернистый перлит.
Рассмотрим случай, когда после горячей прокатки, подкат будет иметь структуру зернистого бейнита или мартенсита. Очевидно, что наиболее благоприятной исходной структурой будет зернистый бейнит, так как он обеспечивает получение значительно более мягкого зернистого перлита, чем мартенсит, К тому же производить закалку проката на мартенсит значительно сложнее. В работе [3] показано, что в прокате стали 24Х2НАч толщиной до 6 мм при его охлаждении на воздухе с температуры окончания прокатки формируется структура феррита и зернистого бейнита, а при охлаждении в потоке воздуха - структура одного зернистого бейнита.
Рассмотрим случай, когда структура подката после горячей прокатки будет состоять из зернистого бейнита и структурно свободного (избыточного) феррита. Цель сфе-роидизирующего отжига - получение однородной механической смеси феррита и глобулярного цементита. Если подкат с целью калибровки будет подвергаться холодной прокатке, то присутствие структурно свободного феррита в исходной структуре следует считать допустимым. Холодная пластическая деформация «перемешает» зерна различных структурных составляющих и сделает общую структуру более однородной. Если холодной прокатки не будет, то наличие структурно свободного феррита затруднит образование однородного зернистого перлита.
Проведённый выше анализ влияния исходных структур на формирования необхо-
димой для метода точной чистовой вырубки структуры зернистого перлита позволяет сделать следующие выводы.
В горячем подкате не должно быть перлитной структурной составляющей. В подкате, калибровка которого будет осуществляться холодной прокаткой, целесообразно иметь структуру феррита и зернистого бейнита. После 4-х часового сфероидизирующего отжига зернистый бейнит трансформируется в зернистый перлит. Феррит не претерпевает превращений (кроме рекристаллизации) и остаётся структурно свободным. Холодная пластическая деформация и рекристаллиза-ционный отжиг должны привести к равномерному распределения глобулярного цементита в феррите, то есть к образованию требуемой структуры однородного зернистого перлита.
Если прокат не будет подвергаться холодной пластической деформации, то для получения после сфероидизирующего отжига структуры однородного зернистого перлита необходимо в прокате после горячей пластической деформации получать структуру только одного зернистого бейнита.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. М.: Металлургия, 1986. 479 с.
2. Свищенко В.В. Строение и механизм формирования зернистого бейнита // Труды Алтайского Государственного технического Университета им. И И. Ползунова - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 1995. - С. 44-50.
3. Кремнев Л.С., Свищенко В.В., Чепрасов Д.П. Скоростной диапазон образования зернистого бейнита при распаде аустенита стали 20Х2НАч // МиТОМ. 1998. № 5. С. 17-19
4. Свищенко В В., Чепрасов Д.П., Антонюк О.В, Образование мезоферрита и зернистого бейнита в низкоуглеродистой низколегированной стали // МиТОМ 2004. № 8. С. 7-11.
Свищенко Владимир Владимирович -к.т.н., доцент, АлтГТУ.
Иванайский Александр Анатольевич -к.т.н., доцент, АлтГТУ.
