Некоторые закономерности изменения пластичности железоуглеродистых сплавов после нагрева в интервале 20-450ºС

УДК 539.52: 621.78-669.11

НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ ПЛАСТИЧНОСТИ

ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ ПОСЛЕ НАГРЕВА В

ИНТЕРВАЛЕ 20-450ºС

В.К.Афанаьев

В настоящей работе изучали изменение пластичности и микроструктуры железоуглеродистых сплавов, содержащих от 0,005 до 1,05 %С. Для этого вырезанные из заготовок различного диаметра образцы испытывались по ГОСТ 1497-73 после нагрева при 80, 100 и далее через 50ºС до 450ºС и охлаждения на воздухе. Время выдержки в этом случае составляло 10 час. Отдельная серия образцов перед окончательным нагревом подвергалась предварительной термической обработке, которая заключалась в нагреве при 435±5ºС в течение 12час и последующем охлаждении в холодной воде.

Наблюдения изменений микроструктуры проводили на оптическом микроскопе МБИ-6 при увеличениях от 110 до 500 раз. Дополнительно на установке для газового анализа “Эксхалограф ЕА-1” (фирмы “Бальцерс” определяли содержание водорода, с помощью гидростатического взвешивания – плотность.

Рис.1                    Результаты рис.1 показывают, что для железа и стали характерно                      наличие провала пластичности после нагрева в одном и том же температурном интервале (200-400ºС). В то же время после низкотемпературного нагрева (80-200ºС) пластичность повышается, что наиболее ярко проявляется при испытаниях железа. С увеличением содержания углерода это повышение пластичности становится менее заметным или совсем не проявляется. Нагрев при 450ºС повышает пластичность до уровня равного (сталь У10) или  превышающего исходное значение. Последнее происходит тем сильнее, чем меньше в сплаве углерода.

Пластичность малоуглеродистого железа после нагрева при 450ºС несколько снижается, однако уровень ее значительно превосходит характерный для исходного состояния.

Изучение микроструктуры позволяет установить усиление травимости Рис.2           зерен α-твердого раствора  после нагрева в интервале охрупчивания (рис.2).В

высокоуглеродистой стали это менее заметно, поскольку наличие в структуре большого количества перлита в исходном состоянии затрудняет возможность оценить вклад нагрева в интервале 200-400ºС. В том случае, если в микроструктуре наиболее чистого по углероду железа обнаруживаются нитридные выделения, то их частичное растворение при 450ºС приводит вновь к усилению травимости зерен. Этим, видимо, и обусловлено некоторое

Рис.1  снижение пластичности (см.рис.1).Тогда этот эффект понижения

пластичности следует рассматривать как связанный с присутствием азота. Во всех остальных случаях уменьшение травимости зерен начинает уменьшаться после нагрева, превышающего 300 ºС. Наименьшая  травимость обнаруживается после нагрева железа при 400 ºС, а стали 20 после 450 ºС.

Предварительный нагрев значительно ослабляет развитие охрупчивания и связанную с ним повышенную травимость зерен. Однако, температурный интервал уменьшения пластичности остается прежним. Подобное изменение пластичности сплавов с различным содержанием углерода, не связанное с переходом их в однофазное состояние, может быть обусловлено присутствием водорода. Основанием для этого предположения послужило следующее:

- во-первых, начало уменьшения травимости шлифов после нагрева, превышающего 300 ºС;

- во-вторых, известное положение о том, что водород покидает металлы и сплавы начиная с 300 ºС;

- в-третьих, уменьшение провала пластичности после предварительного нагрева, превышающего 300 ºС.

Для подтверждения определялось изменение плотности и содержания водорода в зависимости от количества углерода в сплаве и вида предшествовавшей испытанию обработки.

Табл.1                  Результаты определения (табл.1) показывают наличие взаимосвязи                     провала пластичности с плотностью и содержанием водорода.