ФИЗИКА МЕТАЛЛОВ И МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ, 2004, том 98, № 5, с. 53-63
СТРУКТУРА, ФАЗОВЫЕ ^^^^^^^^^^ ПРЕВРАЩЕНИЯ И ДИФФУЗИЯ
УДК 669.15-194.53:539.388.2:539.25
СТРУКТУРА И СВОЙСТВА ЭВТЕКТОИДНОЙ СТАЛИ У8 ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ДЕФОРМАЦИИ. III. ДЕФОРМАЦИЯ НИЖЕ РАВНОВЕСНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ ЭВТЕКТОИДНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ
© 2004 г. И. Л. Яковлева*, Л. Е. Карькина*, Ю. В. Хлебникова*, В. М. Счастливцев*, В. Н. Урцев**, С. А. Морозов**, В. Н. Дегтярев**
*Институт физики металлов УрО РАН, 620219 Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 18 **ОАО "ММК", ИТЦ "Аусферр" и ФНиО "Интеле", Магнитогорск Поступила в редакцию 18.03.2004 г.
Методом электронной микроскопии с применением g ■ ^-анализа исследована микроструктура углеродистой эвтектоидной стали У8 после горячей деформации кручением в интервале температур 650-700°С. Впервые установлено, что дислокации из аустенита могут наследоваться обеими структурными составляющими перлита при фазовом превращении, происходящем одновременно с деформацией. Показано, что наложение процессов деформации и фазового превращения приводит к фрагментации цементитных пластин и образованию полигональной структуры в феррите одновременно с образованием перлитных колоний. В образцах со смешанной структурой (перлит + бейни-то-мартенситные области) образуется несколько морфологических типов продуктов сдвигового превращения: верхний бейнит, двойникованный и реечный мартенсит, а также крупные мартенсит-ные пластины с четко выраженным мидрибом. Внутри крупных кристаллов мартенсита и на границах матрица/двойник происходит выделение мелкодисперсных карбидных частиц.
ВВЕДЕНИЕ
Углеродистые стали широко применяются для изготовления металлокорда, проволоки различного назначения, струн для железобетонных конструкций и других изделий. Для формирования необходимой структуры и требуемого уровня механических свойств углеродистой стали, ее деформируют прокаткой при повышенных температурах. Обычно используют горячую деформацию стали прокаткой в аустенитной области по различным температурно-деформационным режимам с последующим регламентируемым охлаждением. При этом актуальной является проблема выбора рациональных температурных режимов прокатки и охлаждения, а также оценка их технической реализуемости в производственных условиях. Решение данной проблемы возможно только при комплексном анализе влияния температурных режимов деформации металла на процессы структурообразования при последеформа-ционном охлаждении. В последнее десятилетие опубликован ряд работ, посвященных влиянию пластической деформации в межкритическом диапазоне температур на механизмы, кинетику фазовых превращений в углеродистых сталях и параметры формирующейся в этих условиях структуры [1-9]. Так, в работах [1, 2] изучали влияние
деформации в двухфазной области (межкритическом интервале температур) на кинетику у —► а-превращения в углеродистых сталях. Было показано, что предварительная горячая деформация стимулирует фазовое у —- а-превращение [5, 6, 8, 9]. Перспективным направлением является получение анизотропной гетерофазной структуры в углеродистых сталях при пластической деформации в межкритическом интервале температур [4]. Такая обработка позволяет получить высокий уровень трещиностойкости в условиях статического, усталостного и ударно-усталостного нагру-жения. В работе [3] методом металлографии исследовалось влияние горячей деформации кручением на кинетику перлитного превращения в углеродистой стали эвтектоидного состава. Обнаружилось, что в зависимости от температуры деформирования происходит заметное изменение твердости эвтектоидной смеси исследуемых образцов. Однако тщательно электронно-микроскопического исследования структур, формирующихся в эвтектоидной стали после горячей деформации кручением, проведено не было.
Целью настоящей работы является проведение электронно-микроскопического анализа микроструктуры стали У8 после горячей деформации при температурах ниже эвтектоидного пре-
Температурно-деформационные режимы обработки образцов стали У8
№ образца Температура деформирования, °С Скорость деформирования, ^ С-1 Степень деформации, £ Последеформаци-онный отпуск при 650°С, с Соотношение структурных составляющих
1 650 0.018 1.3 100 П
2 650 0.1 1.3 100 П
3 700 0.1 1.3 60 П + 30% (Б + М)
4 650 0.1 1.3 5 П + 50% (Б + М)
5 700 0.018 1.3 5 П + 50% (Б + М)
6 700 0.1 0.11 5 П + 90% (Б + М)
7 650 0.1 1.3 5 П + 60% (Б + М)
Примечание. В последней колонке: П - перлит; (Б + М) - области с бейнито-мартенситной структурой. Объемная доля бей-нито-мартенситных областей в структуре определена методом количественной металлографии.
вращения (650 и 700°С). В рассматриваемом температурном интервале одновременно происходят процессы деформации аустенита, его превращения в перлит, деформации структурных составляющих перлита (цементита и феррита). Сравнение микроструктуры перлита, полученного при деформации в аустенитной области и межкритическом интервале температур позволяет объяснить различия в механических свойствах стали после деформации по разным режимам (см. таблицу в работе [10]).
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили на образцах углеродистой стали эвтектоидного состава (У8), содержащей 0.85% С, 0.43% Мп, 0.22% Б1, 0.07% Сг, 0.06% N1, 0.10% Си, 0.009% Р, 0.032 Б.
Методика деформирования образов подробно описана в работе [1]. Методы исследования тон-
Рис. 1. Светлопольное изображение структуры перлита в стали У8 после деформации при температуре 650°С, £ = 1.3.
кой структуры деформированных образцов изложены в работах [12, 13]. Температурно-деформа-ционные режимы обработки представлены в таблице. Скорость деформации составляет от 0.018 до 0.1 с-1. Величина деформации £ изменялась от 0.11 до 1.3.
Режимы обработки образцов отличаются как условиями деформирования, так и длительностью последеформационной выдержки. Деформацию осуществляли при температурах 650 и 700°С, т.е. ниже равновесной температуры эвтектоидного у —- (а + ^-превращения. Для образцов, деформированных ниже температуры эвтектоидного превращения, формирование перлитной структуры из переохлажденного аустенита происходит как в процессе деформации, так и при последующей изотермической выдержке при 650°С. В том случае, когда суммарное время деформации и последующей изотермической выдержки составляет более 110 с в образцах образуется полностью перлитная структура. При меньшем времени выдержки при 650°С в образце диаметром 8 мм превращение аустенита в перлитной области не завершается и при последующем быстром охлаждении в воде образуется смешанная структура, состоящая из перлита и продуктов сдвигового бейнито-мартенситного превращения [10].
РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА
На рис. 1 показана типичная микроструктура перлита, сформировавшаяся в процессе горячей деформации в межкритическом интервале температур, осуществляемой с наименьшей скоростью 0.018 с-1 (образец № 1). При такой скорости деформации при температуре 650°С деформируется не только переохлажденный аустенит, но и уже сформировавшийся перлит. Высокая плотность дислокаций наблюдается как в ферритной, так и
в цементитной составляющих перлита, в отличие от структуры перлита, образовавшегося в результате распада недеформированного аустенита. Повышенная плотность дефектов в обеих структурных составляющих перлита является наиболее характерной особенностью микроструктуры всех образцов, деформированных в межкритическом интервале температур.
На темнопольном изображении в рефлексе g =
= 211ф видно, что кроме дислокаций в ферритной составляющей перлита наблюдается достаточно высокая плотность дислокаций на межфазной границе, а также протяженные дислокации, расположенные параллельно межфазной границе (рис. 2а). Цементитная пластина изогнута, межфазная граница цементит/феррит имеет неровные контуры (рис. 26). Анализ дифракционных картин показал, что в данной колонии реализовались о.с. П-П. На темнопольном изображении в
рефлексе g = 213ц хорошо видно, что цементитная пластина имеет неоднородный контраст (рис. 2в). В отражающем положении находится область I цементитной пластины, область II пластины разориентирована на небольшой угол. Небольшой наклон фольги (в пределах 1-5°) выводит в отражающее положение всю цементитную пластину, при этом ось зоны и действующее отражение g = 213ц не меняется.
На рис. 3а показан фрагмент перлитной структуры образца № 2, деформированного при той же температуре, но с большей скоростью. Цемен-титные пластины (I, II, III на рис. 3а) изогнуты по всей длине, внутри пластин видны дислокации, протяженные от одной межфазной границы до другой. На темнопольном изображении в рефлексе g = 011ф видно, что плотность дислокаций достаточно высока в обеих структурных составляющих перлита (рис. 36). В цементите дислокации распределены равномерно, в то время как в феррите дислокации группируются в деформационные полосы. При о.с. П-П, которые реализовались
в данной перлитной колонии, рефлекс g = 011 ф совпадает с цементитным рефлексом g = 112ц. На темнопольном изображении в рефлексе g =
= 211 ц видны разрывы цементитных пластин (рис. 3в). Они обусловлены прохождением деформационной полосы через цементитную пластину и две ферритные пластины, расположенные по обе стороны от нее. На темнопольном изображении в рефлексе g = 121ц в ферритной составляющей перлита видны мелкодисперсные выделения карбидов. Подобные выделения дисперсных карбидных частиц в феррите мы наблюдали при холодной пластической деформации грубопластин-
т ■ .
Кж1 ' ЗШШ
вШк' 'в
(бЩ 0.2 мкм 11 1
1
0.2 мкм я I |
Рис. 2. Структура перлита в стали У8 после деформации при температуре 650°С, £ = 1.3 (а-в - одно место):
а - темнопольное изображение в рефлексе g = 211ф ; б - темнопольное изображение в общем рефлексе g = = 020ф = 132ц ; в - темнопольное изображение в рефлексе g = 213ц .
чатого перлита в работе [13]. Некоторые элементы формирования полигонизованной структуры наблюдаются на рис. 3 а. Дислокационная субграница проходит по межфазной границе одной из цементитных пластин (I), переходит через фер-ритную составляющую на межфазну
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.