Влияние высоких скоростей охлаждения на формирование структуры в сплавах

Рассмотрим закономерности формирования структуры при высоких скоростях охлаждения, т. е. при лазерной закалке, так как этот процесс получил наибольшее распространение.

Для получения мартенсита в сплавах железа в интервале минимальной устойчивости аустенита (400-600°С) должна быть обеспечена скорость охлаждения больше критической, которая для большинства сплавов железа находится в интервале 50-200 К/с. Многократное увеличение скорости охлаждения не приводит к формированию новых фаз и структур — при лазерном термоупрочнении в стали имеются те же фазы и структуры, что и при обычной закалке: мартенсит, цементит (карбиды), остаточный аустенит. Однако высокая скорость охлаждения приводит к тому, что после охлаждения имеется большая неоднородность структуры, что связано с негомогенностью аустенита. Неоднородность в перлите (см. рис. 34, а) может привести после охлаждения к снижению твердости стали. В случае неоднородности (см. рис. 34, б) рядом с мартенситом сохраняются цементитные пластины. Повышенная концентрация углерода около цементитных пластин приводит к образованию в этих местах остаточного аустенита.

В целом мартенсит наследует полосчатость структуры. Неоднородности, показанные на рис. 35, а, б приводят, кроме того, к сохранению в стали после охлаждения избыточных фаз исходной структуры: феррита в доэвтектоидной стали и цементита (карбидов) в заэвтектоидной.

Как известно, для устранения образования феррита в доэвтектоидной стали при скоростной закалке температуру нагрева повышают значительно выше линии GS на диаграмме железо — углерод и это повышение теми больше, чем больше скорость нагрева. Зная температуру получения однородного мартенсита для одной скорости нагрева v, температуру закалки Т₁ для другой скорости нагрева v₁ можно рассчитать по формуле, выведенной из теории подобия:

Т

(22)

где n_v=v₁/v; k— постоянная Больцмана. При большой негомогенности аустенита в доэвтектоидной стали устойчивости аустенитных участков с paзным содержанием углерода при охлаждении неодинакова. Минимальной устойчивостью обладает аустенит с малым содержанием углерода. Это можно представить в виде смещения С-кривых на диаграммах распада аустенита для разных участков (рис. 37). На участке с малым содержанием углерода возможно образование ферритно-цементитной структуры. В то же время при такой же скорости охлаждения на участке с повышенным содержанием углерода при охлаждении образуется мартенситная структура.

Неоднородность, показанная на рис. 35, в, может привести к формированию локальных включений остаточного аустенита.

	В общем случае, большая скорость охлаждения приводит к повышенной дефектности структур, так как усиливается фазовый наклеп, замедляются процессы отдыха и рекристаллизации и более полно наследуются дефекты g-фазы. При этом происходит измельчение блоков, увеличение плотности дислокаций и рост напряжений в кристаллической решетке (табл. 2). Нужно отметить, что
Рис. 37. Диаграммы распада негомогенного аустенита в доэвтектоидной стали

эти изменения в кристаллической решетке могут происходить не только в сплавах железа с мартенситным превращением, но и в цветных сплавах и в чистых металлах вследствие больших градиентов температуры. Образующийся при этом мартенсит более дисперсный, чем при обычной закалке. Например в стали У8 после обычной закалки длина игл мартенсита составляет 7-10 мкм, а после лазерной — всего 2-3 мкм.

Все эти особенности приводят к тому, что микротвердость сплавов после лазерной закалки выше, чем после обычных видов закалки (для сталей на 1000-2000МПа). Однако многое зависит от режимов обработки, так как при небольшой скорости лазерной обработки сталь может иметь такую же твердость, как и после обычной закалки,

Дата добавления: 2014-01-04