Источник: Вісник науковця - 2009: Збірник матеріалів всеукраїнської науково-практичної конференції. - Миколаїв: НУК, 2009. - С. 222-224
При холодной пластической деформации (ХПД) повышается плотность дефектов кристаллического строения, что обуславливает упрочнение металлических материалов. Изменения, вносимые деформацией, могут оказывать влияние на фазово-структурные превращения при последующей термообработке сталей.
С увеличением степени предварительной холодной деформации диффузия углерода в сплавах на железной основе замедляется (М.А.Матосян, В.М.Голиков). Полное снятие наклепа на стали 20 происходит после отпуска в течение 3,5 ч при 600оС или 1,5 ч при 700оС, т.е. дефекты кристаллического строения устойчивы (С.С.Дьяченко и др.). Сфероидизация цементита в деформированной стали 45 ускоряется из-за дефектов атомно-кристаллического строения в пластинах цементита (В.А.Баранова, Г.Д.Сухомлин, Ф.К.Ткаченко).
Распад цементита в холоднодеформированной стали возможен при нагреве до Ас1. Карбидная фаза имеет решетку цементитного типа (У7, У12), но содержание углерода в ней выше, чем в цементите; при деформации цементитные частицы дробятся, а некоторые и распадаются, в результате чего образуется химически свободный углерод и железо, вызывающие возрастание намагниченности стали; атомы углерода окружают сохранившиеся цементитные частицы и часть их проникает внутрь кристаллической решетки карбида. При последующем нагреве атомы углерода взаимодействуют друг с другом, образуя графит, другая часть снова образует цементит с атомами железа. На стали У12А со структурой грубопластинчатого перлита выяснено, что деформация затруднена и сопровождается образованием большого количества микропор и микротрещин; в слабодеформированных образцах при нагреве происходит залечивание этих полостей, а при больших степенях обжатия ускоряется процесс графитизации (В.Н.Гриднев, М.В.Белоус и др.).
С увеличением скорости нагрева происходит подавление процессов разупрочнения (сталь70) и перед α-γ-превращением структура имеет высокую степень дефектности, а также повышается доля скрытой энергии наклепа, которая наследуется аустенитом (О.М.Ивасишин и др.). Быстрый нагрев вызывает снижение критических точек (В.Н.Гриднев, Ю.А.Мешков и др.).
Малые выдержки при небольших деформациях способствуют росту зерна аустенита, а при больших – тормозят его (В.И.Алимов, Л.Н.Андреева). Предварительная ХПД существенно расширяет интервал превращения перлита в аустенит (А.Я.Майструк). Холодная деформация способствует зарождению зерна аустенита, но тормозит его рост, вследствие чего и расширяется температурный интервал аустенитизации (А.А.Баранов, Ким Ир Ён). При любом варианте охлаждения с увеличением степени предварительной деформации межпластиночное расстояние в перлите уменьшается (В.И.Алимов, А.А.Баранов, Кабрера Бланка).
Повышение степени деформации вызывает возрастание микротвердости мартенсита, что является следствием накопления энергии деформирования и прохождения необратимых изменений кристаллического строения. Увеличение длительности нагрева приводит к снижению упрочнения. При повышении температуры нагрева происходит дальнейшее снижение упрочнения (В.И.Алимов, С.Е.Жилина, В.П.Скиба).
Таким образом, медленный нагрев холоднодеформированных сталей приводит к их разупрочнению до 700оС, а ускоренный сохраняет большое количество дефектов до Ас1; также возможно изменение формы цементита или его растворение с образованием другой углеродосодержащей фазы. Предварительная ХПД замедляет скорость роста аустенита и расширяет межкритический интервал, ускоряет диффузионный распад переохлажденного аустенита и увеличивает дисперсность перлита, приводит к повышению упрочнения во время закалки при относительно невысоких температурах и небольших выдержках.
Целью настоящего исследования являлось установление особенностей кинетики диффузионного распада переохлажденного аустенита в холоднодеформированной стали в условиях непрерывного охлаждения.
Для исследований использовали проволочные образцы диам. 3,0-5,4 мм, изготовленные путем холодной пластической деформации волочением с суммарной деформацией 31-79%. Исходной заготовкой служила катанка диам. 6,5 мм из стали с содержанием 0,70%С и 1,05%Mn. Образцы подвергали аустенитизации при температурах 800-1100оС с удельной выдержкой 1 мин/мм сечения. После извлечения из печи образцы охлаждали на воздухе. Инкубационный период оценивали по времени первичной потери светимости образцов. Диффузионный распад переохлажденного аустенита сопровождается выделением тепла, что вызывает вторичное свечение образцов. Далее закалочно-микроструктурным методом уточняли инкубационный период и определяли длительность 50%-го и полного (100%-го) распада.
Представленные на рис. 1 пространственные диаграммы кинетики распада переохлажденного аустенита дают основания для выводов о том, что предварительная холодная деформация со степенями 31-79% снижает устойчивость переохлажденного аустенита и длительность его полного распада в диффузионной области в условиях непрерывного охлаждения. Это справедливо для любой температуры аустенитизации в интервале 800-1100оС. Сама температура аустенитизации влияет эффективнее деформирования; ее повышение вызывает рост зерна аустенита, а это повышает устойчивость переохлажденного аустенита и длительность его полного распада. Ускоряющее действие холодной деформации на диффузионный распад переохлажденного аустенита проявляется во всех изученных случаях.
Временные параметры распада переохлажденного аустенита, описываются уравнениями:
τ2% = -48-0,1*ε+156319/Т-0,002*ε2-86373556/Т2+238*ε/Т, R2 = 0,96 (1)
τ50% = 115-0,005*ε-110559/Т-0,002*ε2+26284746/Т2+131*ε/Т, R2 = 0,96 (2)
τ100%= 104+1107/ε-0,26*Т-29646/ε2+0,0002*Т2+0,7*Т/ε, R2 = 0,98 (3)
τх,% = 3,154866 + 0,000563*х*Т - 0,326593*х - 0,001322*ε2 + 0,019819*Т - -0,000520*х2, R2 = 0,98 (4)
где: τ2%, τ50%, τ100%, τх,% - длительность превращения 2, 50, 100, х (%) переохлажденного аустенита, с;
Т – температура аустенитизации, оС;
ε – степень деформации, %;
х – доля распавшегося аустенита, %.
Выводы: 1.Предварительная холодная деформация стали с 0,70% С и 1,05% Mn со степенью 31-79% ускоряет диффузионный распад аустенита в условиях непрерывного воздушного охлаждения после аустенитизации при 800-1100оС; суммарная скорость превращения определяется эффективностью наследственного влияния дефектов кристаллического строения на рост зерна аустенита, размер колоний тонкопластинчатого перлита и его дисперсность. 2.Полученные закономерности рекомендуются для использования в технологии воздушной сорбитизации заготовки для высокопрочной проволоки, в том числе повышенной износостойкости, и, прежде всего, канатной.