WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Фурье-образ осциллирующей части спектра "свежего" цементита и фурье-образ осциллирующей части, построенной для модели (из предположений, что цементит имеет решетку Рnma) похожи, а фурье-образ осциллирующей части спектра цементита, полученного при дополнительном длительном отжиге, сильно отличается от них (рис. 9)

Изменение в соотношении интенсивностей двух первых максимумов указывает, что при отжиге в цементите наблюдается изменение числа атомов углерода в ближайшем окружении атомов железа. Следует предположить, что орторомбическая решетка цементита не соответствует приписываемой ей пространственной группе Рпта (пр.гр. № 62), а имеет более низкую симметрию.

Повышенное содержание углерода в ферритной составляющей тонкопластинчатого перлита. В работах В.М. Счастливцева с соавторами была высказана гипотеза о том, что в ферритной составляющей тонкопластинчатого перлита имеется повышенное содержание углерода, что является следствием неравновесных условий его образования. Согласно расчетам, содержание углерода составляет 0,06 мас.%, тогда как в равновесном состоянии его содержание в феррите должно быть не более 0,005 мас.% при 500С. В данной работе методом внутреннего трения были получены экспериментальные доказательства наличия повышенного содержания углерода в -твердом растворе.

Наиболее существенные результаты состоят в том, что на кривой температурной зависимости внутреннего трения для тонкопластинчатого перлита наблюдается пик в районе 300С (рис. 10, кривая 2), аналогичный пику Снука-Кестера, который наблюдается в деформированных ОЦК-металлах, содержащих примеси внедрения. Пик уменьшается при увеличении времени изотермической выдержки при распаде (рис. 11) и при дополнительном отжиге.

На амплитудной зависимости внутреннего трения для тонкопластинчатого перлита имеется обширная область обратимой амплитудной зависимости и размытый максимум, что связано с наличием атмосфер атомов углерода вокруг дислокаций.

Полученные экспериментальные данные указывают на наличие повышенного содержания углерода в феррите тонкопластинчатого перлита. Это состояние термически неустойчиво и устраняется при кратковременном отжиге.

Влияние повышенного содержания углерода в феррите и коагуляции цементита на износостойкость эвтектоидной стали У8 со структурой тонкопластинчатого перлита. Предел текучести и временное сопротивление стали с перлитной структурой существенно повышаются при понижении температуры изотермического превращения аустенита от 700 до 500°С. Как правило, такое повышение прочности связывают только с увеличением дисперсности перлита, то есть с уменьшением межпластиночного расстояния. Отжиг тонкопластинчатого перлита при 650С приводит к существенному падению износостойкости (рис. 12), причем наиболее значительное снижение износостойкости наблюдается в течение первых 10-15 мин.

Электронно-микроскопическое исследование структуры показало, что это снижение износостойкости не связано с изменением величины и формы пластин цементита (изменением межпластиночного расстояния), а также с полигонизацией или рекристаллизацией ферритной составляющей перлита.

Высокие значения твердости и износостойкости тонкопластинчатого перлита эвтектоидной углеродистой стали обусловлены не только его дисперсным строением (межпластиночное расстояние ~ 100 нм), но и избыточным сверх равновесного содержанием углерода в ферритной составляющей перлита (согласно расчетам, ~0,06 мас.%). При отжиге происходит осаждение этих избыточных атомов углерода на цементитных пластинах, феррит очищается от атомов внедрения. Это и вызывает падение его твердости, прочности, износостойкости еще до начала изменения морфологии цементитных пластин (сфероидизации).

Свежеобразованный тонкопластинчатый перлит наряду с относительно высокой исходной прочностью обладает и большей способностью к упрочнению при фрикционном воздействии. Поверхностные слои стали в условиях трения упрочняются до 7,5 ГПа, а при абразивном воздействии до 5,8 ГПа. Эта способность к упрочнению, как и повышенная исходная прочность, являются термически нестабильными и устраняются уже при кратковременном дополнительном отжиге.

Таким образом, большая износостойкость стали с анализируемой структурой определяется, наряду с ее высокой исходной твердостью, также и значительной способностью к деформационному упрочнению при фрикционном нагружении. Это обусловлено не только дисперсным строением цементита, но и влиянием избыточного (по сравнению с равновесным) содержанием углерода в ферритной составляющей перлита.

Таблица 2. Сравнительный анализ твердости, абразивной износостойкости (при испытании по корунду и по кремню ) и интенсивности изнашивания Ih (при трении по стали Х12М) стали У8 со структурами изотермического перлитного распада и высокотемпературного отпуска после закалки.

№п/п

Термообработка

Характеристика стали

НRС

Ih, 10-7

1

1050°С500°С, 1 мин

«Свежий» тонкопластинчатый перлит

38

1.8

2.7

0.3

2

Закалка 810°С+ отпуск 500°С,2 ч

Сорбит отпуска

37.5

1.5

1.9

1.2

3

1050°С500°С, 1 мин +отжиг 650°С, 5 мин

Тонкопластинчатый перлит

28

1.6

2.1

0.9

4

1050°С500°С,1 мин+отжиг 650°С, 2ч

Сфероидизирован-ный перлит

22

1.5

1.8

1.6

5

1050°С 650°С,2ч

Грубопластинчатый перлит

21

1.5

1.9

1.1

6

Закалка 810°С+ отпуск 600°С,2 ч

Сорбит отпуска

26

1.4

1.7

1.7

Было установлено, что сталь У8 со структурой «свежего» тонкопластинчатого перлита обладает значительно более высокой износостойкостью при абразивном воздействии и сухом трении, чем сталь после закалки и отпуска при 500С, в то время как твердость этих структур практически одинакова (табл. 2, обработки 1 и 2). Дополнительный кратковременный отжиг, снижающий содержание углерода в феррите перлита, приводит к резкому снижению износостойкости (см. табл. 2, обработка 3). То есть повышенное содержание углерода в феррите – фактор, в сильной степени влияющий на износостойкость. Сфероидизация цементита (обработка 4), переход к грубопластинчатой морфологии цементита (обработка 5), коагуляция карбидов отпуска (см. табл. 2, обработка 2), приводящие к значительному падению твердости, не оказывают столь существенного влияния на трибологические свойства стали У8. Показано, что при одинаковом уровне твердости сталь со структурой тонкопластинчатого перлита обладает более высокой износостойкостью, чем сталь после закалки и высокого отпуска (см. табл. 2, обработки 3 и 6).

Поведение перлита при деформации является объектом интенсивного изучения, причем поведение грубопластинчатого и тонкопластинчатого перлита существенно различается. Известно, что способность к деформации цементитных пластин определяется главным образом их толщиной: чем тоньше цементитные пластины, тем большую пластическую деформацию они выдерживают без образования трещин.

Как в ранних исследованиях, так и в работах последнего десятилетия показано, что в процессе пластической деформации перлитной структуры происходит распад цементита и увеличение концентрации углерода в ферритной составляющей.

Методом внутреннего трения нами исследовано поведение патентированной стали У8 (со структурой тонкопластинчатого перлита) при пластической деформации, в частности, влияние деформации на количество углерода в ферритной составляющей тонкопластинчатого перлита, то есть на возможную диссоциацию цементита при деформации. В качестве способа деформации было выбрано кручение, поскольку оно не приводит к формоизменению образцов. Изучали влияние деформации кручением со степенями деформации е от 0 до 0,47 на изменение формы амплитудной зависимости внутреннего трения. Измеряли логарифмический декремент затухания в зависимости от величины амплитуды деформации (или величины относительного сдвига) - АЗВТ. Сначала определяли АЗВТ недеформированных образцов, затем проводили пластическую деформацию кручением на угол 20 град и вновь определяли АЗВТ и так далее - до деформации кручением на угол 500 град.

Основываясь на заключениях работы Дж. Сварца и Дж. Виртмана, считали, что изменение вида амплитудной зависимости от монотонно возрастающей кривой к кривой с наличием размытого "максимума" связаны с ограничивающим влиянием примесей на движение дислокаций. Такой подход позволял оценить тормозящее влияние примесей на движение дислокаций. Экспериментальные кривые АЗВТ, как показал анализ с помощью программы EXCEL, наилучшим образом описываются экспонентой, поэтому в настоящей работе экспериментальные кривые АЗВТ были описаны экспоненциальными зависимостями типа:

y=Кexp(Bg) (1)

Параметр K характеризует уровень фона АЗВТ, а параметр B характеризует степень связи дислокаций со стопорами (примесями) в феррите.

Сравнивая реальную экспериментальную кривую АЗВТ (с "максимумом") с экспонентой, описывающей эту экспериментальную кривую, можно было оценить степень ограничивающего влияния примесей на движение дислокаций. Величина отклонения от экспоненты (показатель влияния атмосфер атомов углерода на движение дислокаций) с увеличением степени деформации изменяется немонотонно, наблюдаются несколько подъемов при увеличении степени деформации. Показано, что диссоциация цементита происходит в несколько стадий и зависит от включения разных систем скольжения и интенсивности генерирования свежих дислокаций. Методом внутреннего трения сравнивали поведение при деформации тонкопластинчатого, грубопластинчатого перлита и отпущенного мартенсита. Установлено, что цементит в тонкопластинчатом перлите диссоциирует гораздо более интенсивно, чем цементит грубопластинчатого перлита или цементит в закаленной и отпущенной стали.

Данные, полученные методом внутреннего трения, позволяют заключить, что при деформировании патентированного образца кручением на угол более 40 град (е>0,035) возможен вынос атомов углерода из цементита в феррит к дислокациям, расположенным на границе раздела фаз, что соответствует данным других авторов.

Электронно-микроскопические исследования показали, что при холодной деформации прокаткой на = 30-40% (е = 0,5) в ферритных ламелях сформировалась субзеренная структура. Вблизи субзеренной границы происходит усиленный отток углерода из цементитной пластины, вплоть до полного ее растворения. Частичное растворение цементитной пластины в процессе пластической деформации сопровождается выделением мелкодисперсных карбидных частиц внутри ферритных ламелей. Дисперсные карбидные частицы распределены в феррите неравномерно, их плотность заметно выше в местах расположения ферритных субзерен и других дефектов, а также вблизи межфазной границы.

Процесс растворения областей цементитных пластин происходит более активно вблизи планарных дефектов по плоскостям (101)ц и (103)ц. Растворение приводит к формированию характерной слоистости в структуре частично растворившейся цементитной пластины. Облегчение оттока углерода по дефектным плоскостям приводит к образованию тонких ферритных прослоек в цементите вблизи дефектных плоскостей. Новые межфазные поверхности являются, в свою очередь, местами выделения мелкодисперсных карбидов.

При небольших степенях деформации (е=0,5), вблизи дефектных плоскостей цементита образуются тонкие ферритные прослойки, по которым и происходит движение скоплений дислокаций через несколько ферритных и цементитных ламелей.

Переход атомов углерода из цементита в твердый раствор при деформации способствует усилению закрепления дислокаций, имевшихся в исходной структуре и образовавшихся при фрикционном нагружении. Эффективная блокировка многочисленных дислокаций, как возникающих в указанных структурах при изнашивании, так и присутствовавших в феррите до контактного нагружения, способствует повышению уровня деформационного упрочнения и износостойкости сталей со структурой "свежего" тонкопластинчатого перлита.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Обнаружено, что при сверхбыстром лазерном нагреве сталей резко ограничены диффузионные процессы между фазами, имеющими различный химический состав. Вследствие этого в зоне лазерной закалки предварительно отожженных сталей возможно появление вблизи крупных карбидов структуры, характерной для чугуна.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»