ностл с повышением температуры в широком интервале температур: для нелегированной фазы до 800 °С, а для легированной - еше выше (рис. 36).

Благоприятное влияние АзВ фаз на свойства сталей и сплавов связывают с их высокой пластичностью, когерент-

50 40 JO 20 10 Ni Третий кампанент,/о(ат.)

Рис. 35. области твердого раствора на основе фазы NisAl при ПООХ для различных легирующих элементов (Р. Де-кер)

Рнс. 36. Влияние температуры испытания на предел текучести Со,2 V-Фа-зы типа №з (Ti, А1) (Торнтон, Дэвис, Джонсон)

ной связью с ОСНОВНЫМ твердым раствором и высокой стабильностью при повышенных температурах.

Многие интерметаллические соединения обладают высокими характеристиками прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности, износостойкости. В последнее время иа их основе разрабатываются материалы для новых отраслей техники.

Таблица 3. Свойства некоторых интерметаллическнх композиций на основе системы Ni-А1 в сравнении с жаропрочным литейным сплавом (К. И. Портной, В. И. Богданов, Д. Л. Фукс)

Свойства некоторых интерметаллидов системы Ni-Al и легированных композиций иа их основе приведены в табл. 3.

Из табл. 3 видно, что прн температурах выше 1000 С композиции на основе интерметаллидов обладают более высокими прочностными свойствами, более пластичны и имеют близкий к жаропрочным сплавам коэффициент термического расширения. Нитерметаллические материалы имеют более высокую жаростойкость и износостойкость, чем жаропрочный сплав ЖС6.

Таким образом, из интерметаллических фаз наиболее благоприятное влияние на упрочнение сплавов оказывают соединения типа АъВ, а также некоторые фазы Лавеса. Выделение сг-фазы и ей подобных топологически плотно-упакованных фаз вызывает резкое охрупчивание сплавов.

Часть ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ третья В ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЯХ

Глава VII

ОБРАЗОВАНИЕ АУСТЕНИТА ПРИ НАГРЕВЕ

Процесс аустенитизации при нагреве легированных сталей состоит из полиморфного а-у-превращения, растворения в аустените цементита и специальных карбидов, нитридов и интерметаллидов, рекристаллизации зерен аустенита.

]. Перекристаллизация стали

В. Д. Садовский с сотрудниками считают, что образование аустенита при нагреве может проходить по двум конкурирующим механизмам фазовых преьращений: кристаллографически неупорядоченному и упорядоченному.

При неупорядоченном механизме образования аустенита полиморфное а-у-превращение сопровождается перекристаллизацией, т. е. изменением величины и ориентации вновь образующихся зерен у-фазы по отношению к исходной а-фазе. При упорядоченном механизме переход не сопровождается перекристаллизацией, которая протекает при более высоких температурах вследствие первичной рекристаллизации фазонакле-панного при сдвиговом превращении аустенита.

Главным фактором, определяющим возможность того или иного механизма перекристаллизации, является тип исходной структуры, а точнее ее кристаллографическая упо-

рядоченность. При исходной неупорядоченной структуре (феррито-карбидная смесь - ФКС) имеет место только неупорядоченный механизм перекристаллизации. При исходной упорядоченной структуре (мартенсит, бейнит, вид-манштеттовый феррит) может наблюдаться тот или другой механизм перекристаллизации. В этом случае реализация одного из них будет определяться легированностью стали и скоростью нагрева.

Исходная неупорядоченная структура

В практике термической обработки конструкционных и инструментальных сталей наиболее часто нагреву для аусте-нитизации подвергается сталь, имеющая исходную кристаллографически неупорядочен-Аустенит . структуру феррито-кар-

бидной смеси (феррито-пер-литная, перлитная, перлитная с избыточными карбидами) . Схема неупорядоченного (нормального) механизма образования аустенита представлена на рис. 37. При нагреве стали выше критических точек происходит полиморфное превращение, при этом, как полагают многие ученые (И. Н. Ки-дин, М. А. Штремель, С. С. Дьяченко, М. Л. Бернштейн и др.), зародыши аустенита всегда образуются по сдвиговому механизму, но этот процесс совпадает с рекри--сталлизацией наклепанного при фазовом превращении аустенита. Поэтому при переходе через критическую точку образуется мелкое зерно аустенита. Процессы фазового перехода и рекристаллизации при таком механизме совпадают. Дальнейший нагрев в аустенитной области будет

В легированной стали, которая, как минимум, составляет тройную систему, превращение двойного эвтектоида в аустенит происходит не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому значения критических точек следует рассматривать лишь как средние температуры начала и конца превращения, протекающего в определенном интервале температур.

Время

Рнс. 37. Схема перекристаллизации стали с исходной неупорядоченной структурой при нагреве н охлаждении

приводить к росту зерна аустенита (собирательной рекристаллизации).

Изменения размера зерна стали при описанном механизме перекристаллизации иллюстрируют структуры, приведенные на рис. 38. Необходимо отметить, что процесс фазовой перекристаллизации при неупорядоченной исходной структуре феррито-карбидной смеси в углеродистых и легированных сталях практически мало различается. 06-

Рис. 38. Микроструктура стали ЗОХГСА прн неупорядоченном (ноомальяом механизме перекристаллизации. Х200 (В. Д Садовский): 1нормальном)

а-исходная неупорядоченная крупнозернистая феррнто-перлнтная ctovktv-pa; б-мелкозернистая феррито-перлитная структуЪГ после пеоеконс?и зации с нагревом выше Ас, и охлаждения с печью перекрнсталлн-

разовавшееся зерно аустенита во всех сталях мелкое. Правда, чем выше скорость нагрева, тем мельче получается зерно, так как скорость образования зародышей новой фазы возрастает быстрее, чем скорость их роста. Существенное различие между углеродистой и легированной сталью проявляется при повышении температуры в аустенитной области, когда происходит рост зерен аустенита, их собирательная рекристаллизация.

Исходная упорядоченная структура. Структурная наследственность в стали

Рассматриваемый случай имеет особо важное значение для легированных сталей, так как иногда они подвергаются термической обработке, имея исходную крупнозер-

нистую упорядоченную структуру (мартенсит и бейнит), полученную в результате подкалки при охлаждении проката, поковок, отливок, сварных соединений. Нагрев стали с исходной структурой мартенсита или бейнита - нередкое явление также при повторной закалке перегретых легированных сталей. Механизм фазрвой перекристаллизации при нагреве исходно упорядоченной структуры заметно сложнее, чем нормальный механизм перекристаллизации.

При определенных условиях сталь теряет способность к перекристаллизации при а-7-превращении. Нагрев

Рнс. 39. Структурная наследственность в стали 37XH3T, ХЗОО (В. Д. Садовский):

а -исходная упорядоченная структура - мартенсит; б-восстановление крупного зерна аустенита прн медленном нагреве (2 С/мин) выше АСг

крупнозернистой упорядоченной структуры выше Асз может вызвать образование зерен аустенита той же формы, размера и ориентации, что и исходное зерно стали, т.е. происходит восстановление исходного зерна. Такое явление называют структурной наследственностью в стали. Изучению этого сложного явления посвящены фундаментальные работы В. Д. Садовского с сотрудниками. На этих работах базируется излагаемый ниже материал. Структурная наследственность освещена также в работах Н. Н. Липчина и С. С. Дьяченко с сотрудниками.

На рис. 39 приведены структуры, иллюстрирующие явление структурной наследственности в легированной стали. Исходное крупное зерно перегретой и закаленной стали (рис. 39, а) может сохраниться после повторной закалки от нормальной температуры Лсз -f (30-50°), т.е. восстанавливается исходное зерно, а перекристаллизации стали не происходит (рис. 39, б). Такая картина наблюда-

ется лишь при определенном легировании стали и скоростях повторного нагрева.

В зависимости от легирования и скорости нагрева можно сгруппировать стали по степени проявления структурной наследственности. Ниже по данным В. И. Зельдовича показано влияние легирования и скорости нагрева на проявление структурной наследственности (знак плюс означает проявление структурной наследственности, а минус - ее отсутствие) в стали:

Высоколегированные . . Легированные .... Низколегированные и углеродистые ....

Быстрый нагрев

Умеренный нагрев

Медленный нагрев

* Структурная наследственность возможна при скоростях иагрева порядка ЮОО °С/с.

Чем более легирована сталь, тем шире диапазон скоростей нагрева, при которых проявляется структурная наследственность в стали. Легирование влияет на критическую скорость нагрева, при которой наблюдается восстановление исходного крупного зерна при повторном нагреве выше Acs и не происходит образования мелкозернистого аустенита. Для легированной стали на рис. 40 приведена схема, упрощенно показывающая процесс формирования зерна при нагреве и охлаждении стали с исходной упорядоченной структурой.

При достаточно быстром (сотни градусов в секунду) нагреве закаленной и неотпущенной стали реализуется особый кристаллографически упорядоченный механизм образования аустенита, сходный с обратным мартенситным превращением в высоколегированных сплавах, в результате чего происходит восстановление зерна исходной структуры. По мере уменьшения скорости нагрева все в большей степени получают развитие процессы отпуска и нормальный, контролируемый диффузией механизм образования аустенита, сопровождающийся измельчением зерна. При достаточно медленном (1-2 град/мин) нагреве многих сталей аустенит образуется также кристаллографически упорядоченным механизмом, в результате чего и при таком нагреве наблюдается восстановление зерна исходной структуры, т. е. резко выраженная структурная наследственность. Увеличение скорости нагрева ведет к нарушению упорядоченности в процессе формирования (роста)