CC BY
56
УДК 669.131.7
ВЛИЯНИЕ НЕРАВНОВЕСНОСТИ ФЕРРИТНОЙ ОСНОВЫ НА КИНЕТИКУ ОБРАЗОВАНИЯ АУСТЕНИТА ПРИ НАГРЕВЕ ЧУГУНА С ШАРОВИДНЫМ ГРАФИТОМ
С.И. Бондаренко, доцент, к.т.н., ХНАДУ
Аннотация. Изучено влияние пластической деформации сжатием на кинетику образования аустенита при нагреве высокопрочного чугуна. Установлено, что зависимость количества аустенита от степени деформации имеет немонотонный характер, обусловленный количеством дефектов микроструктуры, сохранившихся к началу а — у-превращения.
Ключевые слова: высокопрочный чугун, аустенит, степень деформации, дислокационная структура, рекристаллизация.
Введение
Применение чугуна с шаровидным графитом в машиностроении непрерывно расширяется, что выдвигает новые, повышенные требования к его свойствам. Вследствие благоприятной форме графита, в высокопрочном чугуне решающая роль в формировании свойств принадлежит металлической матрице, оптимальная структура которой может быть получена за счет термической обработки. Необходимым этапом почти любого вида термообработки чугуна является нагрев до температур, обеспечивающих образование аустенита. При этом структура и свойства чугуна после термообработки в значительной степени определяются состоянием и свойствами аустенита.
Анализ публикаций
В работах [1, 2] было показано, что деформация прокаткой и отжиг по разным режимам после деформации оказывают большое влияние на протекание процесса а ^ у-пре-вращения в ферритном высокопрочном чугуне, благодаря различному количеству дефектов матрицы, сохранившихся к началу аустенитизации. В связи с этим представляло интерес изучение влияния на процесс образования аустенита деформации по другим схемам.
Цель и постановка задачи
Целью настоящей работы было исследование влияния пластической деформации сжатием на процесс образования аустенита в высокопрочном ферритном чугуне. Необходимо было установить зависимость количества аустенита, образующегося при выдержках в эвтектоидном интервале температур, от степени деформации чугуна, а также исследовать изменения дислокационного строения феррита в процессе нагрева.
Исследование процесса аустенитизации при нагреве высокопрочного чугуна
Исследованию подвергался ферритный магниевый чугун следующего химсостава: 3,35% С; 3,25% 81; 0,56% Мп; 0,06% Р; 0,005% 8; 0,06% М§. Ферритную матрицу получали ферритизирующим отжигом. Образцы диаметром 10 мм и высотой 10 мм подвергались сжатию под прессом со степенью деформации 8, 23, 30, 40, 50% .
Отожжённые и деформированные образцы нагревались в электропечи со средней скоростью 80 - 100 град/мин до 700 - 800 °С, выдержки составляли от 5 мин до 3 часов, после чего производилась закалка в солёной воде.
После этого подсчитывалось количество образовавшегося при нагреве аустенита (по ко-
личеству мартенсита после закалки), исследовалось дислокационное строение феррита и измерялась его микротвердость. Дислокационную структуру выявляли с помощью электролитического травления. Микротвердость определяли как среднее значение 10 -15 замеров.
Металлографический анализ показал, что уже в процессе нагрева до температуры изотермы в образцах со всеми исследованными степенями деформации успевает пройти первичная рекристаллизация. Таким образом, а^-у-превращение при выдержке в эвтекто-идном интервале протекает в полностью рек-ристаллизованной матрице. Было установлено, что зависимость кинетики образования аустенита от степени предварительной пластической деформации имеет сложный характер. На рис. 1 приведены графики, отражающие влияние степени деформации на количество у-фазы, образующейся после изотермических выдержек при температуре 800°С.
После выдержки в течение 15 мин при 800°С в отожжённом и деформированном на 30 и 40% образцах образование аустенита практически не начинается, тогда как в образцах со степенью деформации 23 и 50% образуется около 1% аустенита (кривая 1 на рис.1, а).
После выдержки 1 час при 800°С максимальное количество аустенита также регистрируется в образцах, деформированных на 23 и 50% - 6 и 13% соответственно (кривая 1 на рис. 1, б). В образцах со степенью деформации 30 и 40% содержится всего около 1% у-фазы, то есть интенсивность а^у-превра-щения в этом случае даже меньше, чем в отожжённом образце.
Аналогичный ход кривых аустенитизации в зависимости от степени деформации имеет место и после 15 минут выдержки при 810 и 820°С.
Как уже отмечалось, образование у-фазы при выбранных условиях нагрева осуществляется в полностью рекристаллизованной матрице. В процессе рекристаллизации происходит поглощение движущимися границами дефектов, внесённых предварительной пластической деформацией. Полного снятия дефектов при рекристаллизации не происходит. В работе [3] было показано, что плотность дефек-
тов в структуре после рекристаллизации существенно зависит от степени предварительной деформации, причем эта зависимость не является монотонной. Степень деформации обусловливает различный механизм рекристаллизации, а следовательно, и разное количество остаточных дефектов, что сказывается на кинетике образования аустенита.
I 1
I 0.5
-£ Ч
> -Д \ А у
ю го зо 4о зо Степень деформации,
| гш |
2РО!г^
г«*Ч
1500
гьае | 60 <
о ю го 30 40 50
Степень деформации, %
б
Рис. 1. Зависимость количества аустенита (1) и микротвердости феррита (2) от степени деформации: ^ = 800°С, выдержка: а - 15 мин; б - 1 час
Учитывая вышеизложенное, можно предположить, что в образцах чугуна с разной степенью предварительной деформации исходное количество и кинетика снятия дефектов в процессе нагрева и выдержки могут существенно отличаться, а это приводит к различиям в степени дефектности матрицы к началу а^у-превращения и, как следствие, к различиям в кинетике образования аустенита. При определенных степенях деформации в образцах может сохраняться повышенное количество дефектов кристаллического строения, увеличивающих свободную энергию и способствующих ускорению аустенитизации. При других степенях деформации снятие дефектов происходит гораздо интенсивнее, что приводит к уменьшению количества образующегося аустенита.
а
Исследование дислокационной структуры феррита в чугуне после выдержки при 800°С (рис. 2) подтвердило предположение о разной плотности дефектов в образцах с разной исходной степенью деформации. Из рисунка видно, что плотность дислокаций в образце, деформированном на 30%, ниже, чем в образцах со степенью деформации 23 и 50%.
в
Рис. 2. Тонкая структура феррита в деформированном сжатием чугуне после выдержки в течение 15 минут при 800°С. Степень деформации: а - 23%; б - 30%; в -50%; х600
О степени искаженности исходной структуры после нагрева и изотермической выдержки можно судить также по микротвердости непревратившегося феррита. Микротвердость феррита после закалки с температуры изотермы зависит от количества дефектов кристаллического строения, унаследованных от исходного состояния и вызванных фазовым наклёпом в процессе а^-у-превращения, а также от степени насыщения феррита углеродом и эффекта дисперсионного твердения.
Однако для одних и тех же условий нагрева различия в микротвердости феррита после закалки для образцов с разным исходным состоянием обусловлены, в основном, разной степенью искаженности кристаллической решетки, поскольку влияние всех остальных факторов будет одинаковым.
Сравнение кривых зависимости количества аустенита и микротвердости феррита от степени деформации после выдержки как 15 минут, так и 1 час при 800°С показало, что они идентичны (кривые 1 и 2 на рис. 1).
Максимумам и минимумам на кривых количества у-фазы соответствуют максимумы и минимумы на кривых микротвердости и наоборот. Чем выше твердость феррита, тем больше искажений сохраняется к началу а^-у-превращения, тем больше аустенита образуется при данной выдержке. Хорошая корреляция между количеством аустенита и микротвердостью феррита свидетельствует о непосредственной связи кинетики а^-у-превращения с дефектами кристаллического строения.
Выводы
Холодная пластическая деформация сжатием чугуна с ферритной матрицей сложным образом влияет на кинетику а^-у-превращения, ускоряя по сравнению с отожжённым состоянием образование аустенита при одних степенях деформации и замедляя его при других. Это обусловлено с различиями в исходной плотности и кинетике снятия дефектов при нагреве чугуна с разной степенью наклёпа. Чем больше дефектов сохраняется к началу а^-у-превращения, тем больше ау-стенита образуется в процессе выдержки при данной изотерме.
Литература
1. Бондаренко С.И., Петриченко А.М., Дья-
ченко С.С. Исследование влияния холодной пластической деформации прокаткой на кинетику образования аустенита в ферритном высокопрочном чугуне // Литейное пр-во. - 1996. - №3. - С. 59 - 61.
2. Бондаренко С.И. Исследование влияния
рекристаллизационного отжига на процесс образования аустенита в деформированном высокопрочном чугуне. Труды 10-й международной научно-техн. конф.: Физические и компьютерные технологии. - Харьков: ХНПК ФЭД, 2004.- С. 124 - 126.
3. Харланова В.Н., Горелик С.С., Книж-
ник П.С. Микроструктура рекристалли-зованного сплава X20HBO, МиТОМ. -1973. - №2. - С. 60 - 62.
Рецензент: В.И. Мощенок, профессор, к.т.н., ХНАДУ.
Статья поступила в редакцию 24 июня 2009 г.
