ВЛИЯНИЕ  ЦИКЛИЧЕСКОГО  ТЕПЛОВОГО  ВОЗДЕЙСТВИЯ  НА  МЕХАНИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА  СТАЛИ

Бахрачева  Юлия  Сагидулловна

канд.  техн.  наук,  доцент  Волгоградского  филиала  МИИТ,  г.  Волгоград

E-mail: 

INFLUENCE  THERMOCYCLIC  TREATMENT  ON  THE  MECHANICAL  PROPERTIES  OF  STEEL

Julia  Bakhracheva

Candidate  of  Technical  Sciences,  Associate  Professor  of  Moscow  State  Transport  University  (MIIT),  the  Volgograd  branch,  Volgograd

АННОТАЦИЯ

Рассматривается  эволюция  структуры  стали  при  термоциклическом  воздействии.  Показана  возможность  повышения  комплекса  механических  свойств  сталей  после  термоциклической  обработки.

ABSTRACT

Evolution  of  structure  of  steel  at  thermocyclic  influence  is  considered.  Possibility  of  increase  of  a  complex  of  mechanical  properties  staly  after  thermocyclic  processing  is  shown.

Ключевые  слова:  термоциклическая  обработка;  фазовый  переход;  прочность;  пластичность.

Keywords:  thermocyclic;  phase  transition;  durability;  plasticity.

Одним  из  перспективных  видов  упрочнения  сталей  является  термоциклическая  обработка  (ТЦО)  [3].  В  отличие  от  других  видов  термообработки,  структурные  и  фазовые  превращения  при  термоциклической  совершаются  многократно  при  изменяющейся  температуре  «нагрева-охлаждения».  Необходимость  многократного  повторения  обработки  при  заданных  температурах,  как  правило,  обусловлено  стремлением  накопить  изменения  в  структуре  металла,  которые  коренным  образом  улучшают  качество  изделий  и  придают  им  свойства,  недостижимые  при  одноразовой  термической  обработке.

Характер  фазового  взаимодействия  компонентов  в  системе  во  многом  определяет  эффективность  воздействия  термоциклической  обработки  на  изменения  структуры  и  свойств  сплавов.  В  случае  полной  не  смешиваемости  компонентов  в  твердом  состоянии  ТЦО  не  сопровождается  изменением  количества  фаз  в  системе,  а  структурные  изменения  в  сплавах  этой  системы  под  воздействием  термоциклирования  могут  быть  связаны  лишь  с  последствиями  микропластической  деформации  и  последующей  рекристаллизации.  Микропластические  деформации  вызывают  упрочнение  металла,  а  рекристаллизация  повышает  его  пластичность.

В  случае  наличия  растворимости  компонентов  друг  в  друге  в  эвтектической  и  перетектической  системе,  характер  процессов  ТЦО  изменяется.  Появляется  возможность  диффузионного  деления  протяженных  частиц,  как  в  эвтектике,  так  и  избыточных  фаз,  а  также  их  сфероидизация  и  коагуляция.

При  ТЦО  сплавов,  матрица  которых  претерпевает  фазовые  превращения  (сплавы  на  основе  железа)  возникают  значительные  межфазные  напряжения  при  повторных  диффузионных  превращениях,  а  также  градиенты  температур  между  отдельными  элементами  матрицы,  которые  приводят  к  увеличению  центров  превращения  и,  в  итоге,  к  измельчению  зерна.  Сплавы  со  сформированной  таким  образом  структурой  имеют  повышенную  ударную  вязкость,  высокую  прочность  и  удовлетворительную  пластичность  [2].

В  железоуглеродистых  сплавах  имеет  место  фазовое  превращение,  которое  играет  решающую  роль  в  делении  сетки  карбидов  и  значительно  упрощает  ТЦО.  Известно,  что  ТЦО  оказывает  существенное  влияние  на  структурное  состояние  карбидов  [1].  Из  непрерывной  сетки  пластинчатого  строения  в  результате  ТЦО  образуются  изолированные  дисперсные  карбиды  округленной  формы,  располагающиеся  как  по  границам  аустенитных  зерен,  так  и  внутри  зерна.

Данная  работа  проводилась  с  целью  выявления  способности  к  одновременному  повышению  прочностных  и  пластических  свойств  углеродистых  и  малолегированных  конструкционных  сталей  с  удалением  их  от  состояния  равновесия  термоциклическим  воздействием. 

Термоциклирование  сталей  40  и  45  проводилось  по  схеме  850  «  450˚С  с  полным  фазовым  превращением  в  каждом  цикле  при  нагреве  и  охлаждении.  Эксперименты  проводились  на  лабораторной  печи  типа  SNOLL.  Было  выполнено  два  варианта  экспериментов.  В  первом  варианте  скорость  охлаждения  между  циклами  составляла  15˚С/мин,  а  во  втором  100˚С/мин.  Нагрев  в  обоих  вариантах  осуществлялся  с  одинаковой  скоростью.  После  заданного  числа  циклов  закалку  проводили  в  воде.  Количество  циклов  варьировали  от  двух  до  четырех.  После  заданного  числа  циклов  проводился  низкий  отпуск.  Образцы  исследовались  после  каждого  цикла.

Охлаждение  со  скоростью  15°С/мин  между  циклами  не  привело  ни  к  каким  изменениям  свойств  этой  стали.  В  каждом  цикле  происходили  процессы,  связанные  с  упрочнением  стали  в  результате  фазового  наклепа.  Система  реагировала  на  это  воздействие  развитием  процессов,  направленных  на  релаксацию  тех  изменений,  которые  произошли  при  фазовом  наклепе.

Во  втором  варианте  с  увеличением  числа  циклов  происходит  повышение  твердости  и  ударной  вязкости  в  каждом  последующем  цикле.

Рисунок  1.  Распределение  твердости  по  сечению  образцов  стали  45:  1  —  традиционная  закалка;  2  —  два  цикла;  3  —  три  цикла;  4  —  четыре  цикла

Анализ  результатов  термоциклического  воздействия  при  втором  режиме  стали  45  показал,  что  получен  эффект  термоциклирования  в  виде  повышения  устойчивости  аустенита  и  постепенному  возрастанию  твердости  и  ударной  вязкости. 

Твердость  поверхности  повышается  с  увеличением  числа  циклов  от  52  до  55  HRC  при  твердости  после  традиционной  закалки,  равной  51  HRC.  Твердость  сердцевины  увеличилась  от  46  до  49  HRC  (рис.  1).

Ударная  вязкость  возросла  за  4  цикла  от  41  до  53  Дж/см²  (рис.  2).

Рисунок  2.  Влияние  количества  циклов  на  ударную  вязкость  стали  45

Рисунок  3.  Распределение  зерен  аустенита  стали  45  по  размерам  в  зависимости  от  числа  циклов:  1  —  после  традиционной  закалки;  2  —  после  трех  циклов;  3  —  после  четырех  циклов

Величина  зерна  и  распределение  зерен  по  размерам  после  каждого  цикла  свидетельствуют  об  измельчении  зерна,  уменьшении  разнозернистости  (рис.  3).

Предел  прочности  (s_В)  возрастает  от  1700  до  2100  МПа  за  шесть  циклов,  потом  уменьшается  к  восьмому  циклу  и  снова  повышается  до  2040  МПа  с  последующим  уменьшением  в  седьмом  цикле  до  1950  МПа.  Ударная  вязкость  увеличивается  одновременно  с  увеличением  s_В  до  пятого  цикла,  а  затем  уменьшается  и  достигает  минимума  в  шестом  цикле,  где  наблюдается  максимальное  значение  s_В. 

Список  литературы:

1.Гурьев  А.М.,  Ворошнин  Л.Г.,  Чепрасов  Д.П.  и  др.  Способ  термоциклической  обработки  инструментальных  сталей  //Патент  №  2078440,  РФ,  •л.  С.  21  Д  1/78  от  27.04.97.

2.Панин  В.Е.,  Лихачев  В.А.,  Гриняев  Ю.В.  Структурные  уровни  деформации  твердых  тел.  —  Новосибирск:  Наука,  1985.  —  229  c.

3.Федюкин  В.К.,  Смагоринский  М.Е.  Термоциклическая  обработка  металлов  и  деталей  машин.  —  Л.:  Машиностроение.  Ленинград.  Отд-ние.  1989.  —255  с.