Дальнейшее исследование структурных особенностей материала, возникающих в результате ВТМО, было связано с оценками характеристик блочной структуры и величины микродеформаций.
На основании анализа уширения линий на рентгенограммах и ин- тенсивностей этих линий установлено, что ВТМО приводит к существенному уменьшению размеров областей когерентного рассеяния (блоков мозаики). Так, если после обычной закалки стали ЭИ481 размер блоков значительно больше 0,2 мк, то после ВТМО их величина уменьшается до 0,05 мк. Установлено также, что старение не влияет на размер блоков ни в образцах после обычной закалки, ни в образцах, прошедших ВТМО (см. табл. 1). Уменьшение размера блоков в образцах, подвергнутых ВТМО, — прямое следствие высокотемпературной пластической деформации, протекающей при указанной выше скорости прокатки. Можно считать, что при данной температуре деформирования (1100 º), за которым следует немедленное охлаждение, в материале не только не успевают развиваться рекристаллизационные процессы (путем зарождения и роста новых зерен), но и в значительной степени оказывается заторможенным рост блоков, возникших при пластической деформации, Это положение можно подтвердить тем, что повышение температуры деформирования до 1200 ºС уже не приводит к такому существенному измельчению блоков. Экспериментально, установлено, что после ВТМО при 1200 ºС, проведенной с той же скоростью прокатки и величиной обжатия, размер блоков такой же, как и после обычной закалки (больше 0,2 мк). В принятых условиях охлаждения рост блоков после деформирования с 1200 ºС получает достаточно интенсивное развитие. В таком же направлении действует, очевидно, и увеличение скорости деформирования, так как повышение скорости приводит к более интенсивному разогреву металла в микрообластях сосредоточения пластической деформации. Возникающее дополнительное тепло в этом случае должно способствовать росту блоков. Вероятно, именно этим обстоятельством следует объяснить то факт, что при увлечении скорости прокатки при ВТМО с 1,5 до 5,7 м/мин размер блоков в рассматриваемом материале возрастает с 0.05 до 0,12 — 0,2 мк. Анализ результатов определения микродеформаций кристаллической решетки стали ЭИ481 показывает, что обнаруженный эффект в значительной степени можно отнести за счет концентрационной неоднородности твердого раствора. Это имеет место, например, в образцах, закалке с высокой температуры. Очевидно, что при повышении температуры нагрева от 1150 до 1200 ºС влияние неоднородности твердого раствора на образование микронапряжений из-за дополнительного растворения избыточной фазы больше, чем развитие гомогенизации в этих условиях.
Эффект микродеформаций после ВТМО при 1200 ºС, несмотря на возможное увеличение упругих искажений, несколько меньше, чем после обычной закалки, что, по-видимому, можно объяснить влиянием более высокой однородности твердого раствора. Чем больше скорость деформирования и степень обжатия при ВТМО, тем меньше эффект микродеформацпй. Старение как после обычной закалки с 1150 ºС, так и после ВТМО при этой же температуре, не приводит к заметному (по уширению линий рентгенограммы) дроблению блоков мозаики. Только старение после закалки (или ВТМО) от 1200 ºС сопровождается некоторым из- мельчением блоков до 0,07 — 0,08 мк (по ширине линии). Основное влияние старения состоит в возрастании микродеформаций кристаллической решетки до ~10-3. При старении образцов сплава ЭИ437Б наблюдалось (по эффекту экстинкции) значительное измельчение блоков. (Возможные изменения угла разориентировки блоков не исследовались.) Судя по изменениям периода решетки, старение по принятому ре- жиму приводит к выделению избыточной фазы, и упрочнение при ВТМО связано, по-видимому, с присутствием этих выделений. Отсюда следует, что эффект изменения микродеформаций после старения в основном обусловлен упругими искажениями кристаллической решетки. Эти искажения достигают, вероятно, предельной для данного материала величины и характеризуют его упругие свойства, но сами по себе не могут рассматриваться как фактор упрочнения Действительно, можно указать на ряд состояний, при которых изучаемая сталь ЭИ481 обладает одним и тем же уровнем микронапряжений и существенно различной твердостью. Не проводя сравнения этих состояний после разного рода обработки, где одна и та же величина микродеформаций может отвечать сумме упругих искажений и концентрационной неоднородность в разном соотношении, можно сравнить состояния после одной и той же окончательной обработки — старения, Например, после закалки от 1150 ºС и старения стали ЭИ481 величина микродеформаций решетки составляет (0.8 — 1,0)∙10-3 вместо (1,0 — 0,7)∙10-3 (табл. 1) для образца, состаренного после ВТМО; при этом твердость первого образца существенно меньше, чем второго (290 НV вместо 380). ВТМО без последующего старения вызывает по сравнению с обычной закалкой повышение твердости с 220 до 256 кг/мм2. Такое упрочнение в свете рассмотренных выше результатов может быть связано с установленным измельчением блоков до 0,05 мк. Старение образцов после ВТМО производит к существенному повышению твердости (с 256 до 380 кг/мм2), Следует заметить, что увеличение твердости (на 124 кг/мм2) значительно больше прироста твердости в результате старения для образцов после обычной закалки (70 кг/мм). Такое различие в упрочнения после старения связано с тем, что в результате распада твердого раствора в образцах, прошедших ВТМО, образуется большее количество упрочняющей фазы, о чем свидетельствует существенное уменьшение периода решетки твердого раствора и электросопротивления (см. табл. 1).
Увеличение количества карбидной фазы, выделяющейся при старении после ВТМО, по-видимому, в значительной мере вызывается созданием большей пресыщенности твердого раствора при горячей пластической деформации в условиях предотвращения возможности рекристаллизации. Кроме того, измельчение блоков наряду с другими дефектами кристаллической структуры оказывает большое влияние на процесс старения, не только вызывая особое распределение частиц упрочняющей фазы, но и способствуя их более полному выделению. Таким образом, роль высокотемпературной термомеханической обработки сводится, во-первых, к созданию условий для более полного растворении избыточных фаз и получению более концентрированного и однородного по составу твердого раствора и, во-вторых, к образованию дефектов кристаллической решетки, обеспечивающих более полное выделение частиц упрочняющей фазы и их благоприятное для свойств материала расположение.
Высказывалось мнение о том, что повышение длительной прочности в результате ВТМО в известной мере связано с возникновением текстурованности материала. Для суждения о характере текстуры в исследованных сплавах был использован метод рентгеновского анализа. При этом производили съемку рентгенограмм на отражение от торцовой и от боковой поверхностей образца.
Учитывая характер пластической деформации (прокатка в ручье) и приведенные выше данные, можно полагать, что текстура в исследованных образцах стали ЭИ481 и сплава ЭИ437Б близка к аксиальной; преимущественным кристаллографическим направлением, совпадающим с направлением прокатки, является направление.
Закономерности роста зерен металлов и сплавов
при высоких температурах.
Изучение закономерностей роста зерен различных металлов и сплавов при нарастающих температурах, а также в изотермических условиях представляет не только теоретический, но и значительный практический интерес. Получаемые экспериментальные данные могут быть использованы для назначения рациональных, научно обоснованных режимов нагрева для обработки давлением (прокатка, штамповка, ковка и др.), химико-термической и термической обработки. Особенно большое значение имеет исследование кинетики роста зерен стали. Подбор методами высокотемпературной металлографии оптимальных температур нагрева стали для разных технологических процессов, не вызывающих чрезмерного увеличения размеров зерен, практически проведен нами в содружестве с рядом промышленных предприятий и дал положительные результаты. Олин из примеров применения данной методики — использование результатов изучения закономерностей роста зерен сталей 18ХГТ и З0ХГТ для установления наиболее производительной технологии скоростной цементации шестерен.
При исследованиях роста зерен путем наблюдения за поверхностью образца было необходимо установить корреляцию между расположением «канавок» по границам зерен, выявляемых при высоких темпера- турах, и расположением границ зерен под поверхностной зоной образца.
Значительный интерес представляет исследование закономерностей протекания собирательной рекристаллизации аустенита при прямом наблюдении за одним и тем же участком на поверхности образца.
В проводившихся ранее работах по изучению изменения размеров зерен, аустенита при нагреве процесс роста зерен аустенита обычно рас- сматривали как непрерывный, протекающий с постепенно возрастающей скоростью по мере повышения температуры. Были предприняты попытки установить математическую связь между скоростью роста зерен аустенита и скоростью нагрева. При этом предполагалось, что характер изменения размеров зерен подчиняется сравнительно простой математической закономерности. Ряд экспериментальных работ, выполненных автором совместно с Е. И. Антиповой, позволил установить, что кинетика процесса рекристаллизации аустенита разных сталей может быть различной. Можно считать установленным, что на характер про- цесса рекристаллизации аустенита основное влияние оказывает химический состав стали, ее предварительная деформация и термическая обработка, которые могут вызвать фазовый (внутренний) наклеп, создающий большие внутренние напряжения и приводящий при определенных условиях к быстрому «скачкообразного» росту зерен. Прямым наблюдением в микроскоп за одним и тем же участком образца при различных постепенно повещающихся температурах уста- новлено, что существуют по крайней мере четыре различные кинетики процесса рекристаллизации. На рис. 1 приведен схематический график, иллюстрирующий на- блюдаемые в микроскоп закономерности рекристаллизаций аустенита. Например, кривая 1 характеризует процесс рекристаллизации, протекающий в виде монотонного увеличения размера зерен аустенита, посте- пенно ускоряющегося по мере роста температуры. Такая кинетика наблюдается преимущественно при исследовании микростроения отожженных образцов, имеющих минимальные остаточные напряжения внутри зерен или на их границах. В ряде случаев процесс рекристаллизации по данной кинетике протекает и в деформированных образцах, что может свидетельствовать о возможности монотонного роста зерен даже при наличии внутренних напряжений. Необходимо обратить внимание на некоторую особенность процесса рекристаллизации аустенита, проявляющийся в виде «скачкообразного» увеличения размера зерен при определенной «критической» температуре. При этом изменение температуры всего лишь на несколько градусов приводит к возрастанию площади зерен в плоскости шлифа во много десятков и даже сотен раз. Такое изменение размеров зерен, иллюстрируемое кривой 2 на рис. 1, объясняется преодоление определенного энергетического барьера. На этот процесс скачкообразного роста размеров зерен, возможно, оказывает влияние наклеп, возникающий в зернах в процессе предварительной термической и механической обработки.
Страницы: 1, 2, 3, 4
