Влияние термической обработки на карбидную подсистему и локализацию углерода в литой среднелегированной конструкционной стали

• Автор: Кабанина, Ольга Викторовна
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новокузнецк
• Количество страниц: 181 с. : ил.

1. КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ
В СРЕДНЕЛЕГИРОВАННЫХ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЯХ
1.1. Кристаллическая структура основных фаз
1.2. Кристаллическая структура мартенситной стали после закалки
1.3. Ориентационные соотношения
1.4. Морфология а-мартенситной структуры
1.5. Влияние температуры закалки на структуру а-фазы
1.6. Влияние скорости закалки на структуру а-фазы
1.7. Морфология остаточного аустенита в закаленной стали
1.8. «Самоотпуск» закаленной стали
1.9. Процессы, протекающие при отпуске стали
1.10. Проблема локализации и перераспределения углерода при термической обработке стали
1.11. Особенности литой стали
1.12. Постановка задачи
2. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материал исследования
2.2. Приборы и методы структурных исследований
2.3. Приготовление образцов для исследования
2.4. Методика количественной обработки результатов исследования
3. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И МОРФОЛОГИЯ ФАЗ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ
3.1. Морфология а-твердого раствора
3.2. Морфология у-твердого раствора
3.3. Карбидная фаза в структуре а-фазы
3.4. Отсутствие связи дислокационной структуры и цементита «самоотпуска»58
3.5. Влияние скорости закалки на распределение карбидной фазы
3.6. Усредненная картина у -> а превращения при изменении скорости закалки
3.7. Выводы к гл.З
4. ФАЗОВЫЙ СОСТАВ И ТОНКАЯ СТРУКТУРА ОТПУЩЕННОЙ СТАЛИ
4.1. Влияние продолжительности отпуска на морфологию матрицы стали
4.2. Влияние температуры отпуска на морфологию матрицы стали
4.3. Влияние отпуска на изменение структурных состояний цементита
4.4. Влияние отпуска на карбидные превращения
4.5. Связь дефектной и карбидной подсистем при отпуске
4.6. Влияние продолжительности отпуска на процессы карбидообразования в исследуемой стали
4.7. Влияние продолжительности отпуска на поведение карбидной фазы в объеме материала и на границах раздела
4.8. Влияние продолжительности отпуска на поведение карбидной фазы в различных структурных составляющих а-матрицы стали
4.9. Влияние температуры отпуска на процессы карбидообразования в исследуемой стали
4.10. Влияние температуры отпуска на поведение цементита в различных структурных составляющих а-фазы 13
4.11. Влияние температуры отпуска на поведение специальных карбидов в различных структурных составляющих а-фазы
4.12. Выводы к гл.4
. ПЕРЕРАСПРЕДЕЛЕНИЕ УГЛЕРОДА ПРИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ
СТАЛИ
5.1. Места локализации атомов углерода
5.2. Состояние углерода в стали в закаленном состоянии
5.3. Влияние продолжительности отпуска на перераспределение углерода. Стадии процесса
5.4. Поведение углерода на стадии I
5.5. Фазовые превращения на стадии II
5.6. Карбидные превращения на стадии III. Сравнительные оценки поведения углерода на разных стадиях
5.7. Влияние температуры отпуска на перераспределение углерода
5.8. Выводы к гл.5
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
Наряду с цветными металлами, композиционными и керамическими материалами, пластмассами сталь продолжает оставаться важнейшим элементом в строительстве, машиностроении, автомобильной, кораблестроительной, нефтедобывающей и др. отраслях. Проблема прочности стальных изделий тесно связана с проблемами экономного расходования сталей. Поэтому металловедение сталей продолжает интенсивно развиваться. Усилиями Российской школы и академика Г.В. Курдюмова и ряда зарубежных коллективов, в том числе украинской школы, в развитии физического материаловедения сталей большую роль стали играть структурные методы исследования, а именно, просвечивающая дифракционная электронная микроскопия и рентгеноструктурный анализ. В России необходимо особо отметить вклады Московской и Екатеринбургской научных школ. Большую роль в развитии науки о сталях сыграли А.П. Гуляев, Л.М. Утевский, Р.И. Энтин, Ю.Н. Петров, М.Л. Бернштейн, М.Н. Спасский, М.П. Усиков, М.А. Штремель, Ю.А. Багаряцкий, В.М. Счастливцев, А.М. Глезер, В.И. Изотов, М.Е. Блантер, В.В. Рыбин, Л.И. Тушинский, А.А. Батаев, М.В. Белоус, В.Н. Гриднев, М.В. Белоус, Ю.Я. Мешков, В.Г. Гаврилюк, Ю.Ф. Иванов, Э.В. Козлов и др.
Необходимо подчеркнуть, что до настоящей работы все исследования в основном проводились на катаных и кованых сталях. Значительное внимание уделялось сварным соединениям. Литые стали исследованы гораздо меньше. Дело в том, что исследование литых сталей осложняется наличием дендритной структуры, которая обязана характеру кристаллизации и связана с кинетикой затвердевания слитка. Дендритная структура, как правило, неоднородна, т.е. концентрация легирующих элементов между дендритными осями и межосными пространствами неодинакова. Влияние ликвации в основном осталось за пределами внимания исследователей. Первые попытки в исследовании тонкой структуры дендритных осей и межосных пространств были выполнены Э.В. Козловым с сотрудниками. Ими была выполнена также большая работа по изучению структуры литой стали, исследованной в настоящей работе. Однако, эта работа касалась только дефектной структуры стали и эволюции внутренних напряжений. Процессам карбидообразования и локализации углерода внимание в ней уделено не было. Не было уделено внимания связи (или отсутствия связи) дефектной структуры с карбидной составляющей, ро-

закалки на воздухе, а также рис.3.5 со схематическим изображением таких участков. Поясним это более подробно. На рис.3.3 а представлен участок бейнитного пакета, состоящий из набора параллельных кристаллов - реек. Внутри бейнитных реек присутствуют выделения цементита (на рис.3.3 а примеры частиц цементита отмечены стрелками), ориентированные к границам кристаллов по углом -60°. На микродифракционной картине (рис.3.3 б), полученной с этого участка, присутствуют рефлексы, соответствующие кристаллической решетке цементита с осью зоны [221 ]ц. Согласно соотношению Багаряцкого [19], ей должна соответствовать ось зоны [120] а-матрииы. Кроме того, направление [0Т2] цементита, согласно этого соотношения, должно быть параллельно направлению [001]„. Как видно из индицированной схемы (рис.3.3 в), эти два направления совпадают (совпадающие направления на схеме рис.3.3 в отмечены стрелкой). То же самое касается и рис.3.4. На рис.3.4 а представлено электронно-микроскопическое изображение участка пакетного «самоотпущенного» мартенсита. Внутри мартенситных реек присутствуют частицы цементита, расположенные в трех направлениях (указаны стрелками) относительно друг друга и относительно границы кристаллов. На микродифракционной картине (рис.3.3 б), полученной с этого участка, присутствуют рефлексы, соответствующие кристаллической решетке цементита с осью зоны [120]ц. Согласно соотношению Багаряцкого, этой плоскости должна соответствовать ось зоны а-матрицы [132], т.е. выполняться условие: (Т20)/; п{ 32^. При этом кристаллическая решетка цементита должна быть ориентирована относительно кристаллической а-фазы таким образом, чтобы направление [001] в решетке цементита было параллельным направлению [112]а. Именно это и наблюдается в данном случае: на микродифракционной картине (рис.3.4 б) эти направления совпадают (на рис.3.4 в совпадающие направления отмечены стрелкой).
3.2. Морфология у-твердого раствора
у-фаза является второй морфологической составляющей матрицы исследуемой стали и присутствует в материале в виде остаточного аустенита, образовавшегося в результате неполного мартенситного превращения при закалке [1,7,24]. Изучение методом электронной микроскопии показало, что остаточный аустенит в пакетном и пластинчатом низкотемпературном мартенсите располагается по грани-