Подкритический отжиг стали со структурой пластинчатого перлита

Иногда его называют подкритическим сфероидизирующим отжигом, осуществляется при 650-700⁰С, первые глобули цементита обнаруживаются через 2-4 часа. Но для завершения сфероидизации требуется длительность изотермической выдержки до 100 часов.

Основные этапы процесса:

-деление крупных пластин Ц на несколько подпластин путем растворения отдельных участков Ц;

-диффузия углерода по межфазным, межзеренным и субзеренным границам в твердом растворе;

-выделение Ц на благоприятных участках поверхности трансформирующихся карбидных частиц;

-удаление атомов железа в результате самодиффузии от фронта роста карбидных частиц и заполнение атомами железа освобождающихся от Ц объемов.

Процессы идут одновременно. По мере развития стадии сфероидизации наступает коагуляция карбидов. На разных этапах процесса карбиды выглядят в виде бус, гантелей, отдельных глобулей. По мере развития процесса укрупнения частиц такая направленность структуры теряется.

Все указанные процессы диффузионные, поэтому все факторы, ускоряющие диффузию (температура, дефекты решетки, границы и субграницы, растягивающие напряжения, пластическая деформация) и способствующие переводу сплава в неравновесное состояние (закалка, деформация) ускоряют сфероидизацию.

Карбидообразующие элементы (КОЭ), повышающие устойчивость легированного Ц, (например, хром) замедляют сфероидизацию. Стержневые и лентообразные кристаллы Ц сфероидизируются быстрее, чем пластинчатые.

При температурах процесса 650-700⁰С идут процессы и в феррите:

-полигонизации и рекристаллизации (фазовый наклеп, к которому также добавляются и напряжения от разницы температурного расширения Ф и Ц в процессе нагрева).

Образование зародышей рекристаллизации связывают с ростом ранее образовавшихся субзерен.

В работах других авторов указывается, что причиной образования субзерен и зерен феррита в оттоженных сталях на месте перлитных колоний является не рекристаллизация под действием фазового наклепа, а перераспределение дефектов кристаллического строения, генерируемых при растворении, сфероидизации и коалесценции Ц.

2. Прерванная закалка, является одним из способов, предшествующих сфероидизирующему отжигу.

Под прерванной закалкой понимают термическую обработку, при которой нагрев металла производят до температур аустенитизации А_С3 +30-50⁰С (для доэвтектоидных сталей) или выше А_С1 (для заэвтектоидных сталей), выдержку и охлаждение со скоростью, равной или большей критической, прерывают охлаждение при достижении температуры металла ниже А₁ (но выше М_Н), чаще всего при ~500-550 ⁰С и дальнейшее охлаждение осуществляют со скоростью, меньше критической.

При такой обработке аустенит распадается в диффузионной или бейнитной области, измельчается зерно феррита и образуются глобулярные частицы Ц.

Причины образования глобулярного Ц следующие:

-при переохлаждении А происходит пересыщение его углеродом, возникают термические напряжения, релаксация которых осуществляется пластическим деформированием, что приводит к возникновению дефектов (дислокаций, вакансий);

-на дефектах зарождаются частыцы вторичной фазы - Ц. Предполагают, что эти зародыши поглощают атомы углерода из твердого раствора (т.е. анормальный механизм превращения) до момента начала эвтектоидного превращения (идущего с образованием пластинчатого цементита);

-в процессе дальнейшей обработки с докритическими скоростями охлаждения происходит дальнейшая сфероидизация выделившихся при анормальном превращении глобулей Ц.

Формирование сфероидов идет по схеме - пересыщенный твердый раствор ® образование зародыша новой фазы ® рост зародыша ® коагуляция выделений вторичной фазы без изменения их объемной доли. Движущая сила такого процесса коагуляции – “созревание Освальда”- сокращение суммарной площади межфазных границ. Частицы вторичной фазы, расположенные на границах зерен и субзерен феррита имеют более благоприятные условия для роста, по сравнению с внутризеренными. Мелкие частицы на границах растут за счет растворения внутризеренных в условиях доминирующей зернограничной диффузии, описывается уравнением Кирхнера. Если выделения растут на малоугловой границе, процесс конролируется диффузией по дислокационным трубкам.

Скоростной нагрев обеспечивает выделение большого количества мелких карбидных пластинчатых выделений (а при печном отпуске – значительно крупнее и меньшее кол-во) и нерекристаллизованную ферритную матрицу, что и обеспечивает более высокий уровень прочности при высокой вязкости и пластичности.

Но при такой обработке твердость стали и размеры глобулей не соответствуют требованиям стандартов. Однако полученную структуру гораздо быстрее можно довести до требований ТУ последующим сфероидизирующим отжигом.

К достоинствам такой совмещенной обработки относятся:

-более широкий интервал отжигаемости (по сравнению с горячекатаной сталью);

-сокращение длительности процесса сфероидизации в 2 раза (по сравнению с горячекатаной).

Улучшение (закалка с высоким отпуском) является одним из промышленных способов получения глобулярного перлита, т.е. мартенсит + отпуск -сфероиды (при этом субзерна в феррите в 3-4 раза больше сфероидов Ц). В заэвтектоидной стали такая структура может быть получена после отпуска длительностью 2-3 часа. Недостатки такого способа:

-возможность образования трещин при закалке (используется вода);

-низкая прокаливаемость сталей, т.е. невозможность обработки больших изделий;

-повышенная твердость по сравнению с металлом после сфероидизирующего отжига.

Такая обработка для сталей с содержание 0,3-0,7% С может конкурировать с сфероидизирующим отжигом только при закалке с прокатного нагрева, т.е.при экономии энергорусурсов.

Дата добавления: 2014-10-23