ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКИХ ТЕМПЕРАТУР И СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ 13 %-НЫХ ХРОМИСТЫХ СТАЛЕЙ МАГНИТОМЕТРИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

В практике металловедения для анализа фазовых и структурных превращений значительное применение находят методы, основанные  на измерении магнитных характеристик металлических объектов. В этих методах используются измерения коэрцитивной силы, точки Кюри,  анализ частотной зависимости магнитных свойств, эффектов Баркгаузена. В данной работе применена методика, основанная на изменении  магнитной проницаемости образца при его непрерывном охлаждении от температуры выше температуры Кюри (Тс ) и до температур начала  и конца мартенситного превращения Мн и Мк . Суть метода состоит в измерении частоты колебаний электрического контура, построен ного  на цепочке L (катушка индуктивности, она же измерительная катушка) – С (конденсатор). В измерительную катушку помещался образец и  начинал играть роль сердечника. Для наблюдения эффектов, связанных с фазовыми превращениями, образец предварительно разогревался  и затем быстро перемещался в катушку. Основные эффекты были связаны с переходом через точку Кюри феррита, а также с распадом аустенита по мартенситному механизму. Измерительная схема позволила зафиксировать температуру Кюри феррита для различных сталей,  равную 580 – 780 °С с точностью до 5  °С, при этом интервал мартенситного превращения имел протяженность не менее 100  °С. Было показано, что методика магнитометрического анализа, основанная на изменении магнитного состояния образца в районе температуры Кюри его  ферромагнитных фаз, позволяет определять содержание δ-феррита в смешанной структуре (мартенсит + δ-феррит) при различной его морфологии, что не всегда возможно сделать методами металлографических наблюдений. Магнитометрический анализ образцов, подвергнутых  первичной высокотемпературной закалке и последующим нагревам на более низкие температуры с охлаждением в измерительной катушке  установки, позволил определить температуры Ас1 и Ас3 изучаемых сталей, которые находились в интервале 760  –  1020  °С. Определение  температуры Ас1 для стали 15Х13Г5НМВФР (780  ÷  790  °С) позволило назначить температуру ее отпуска пос ле закалки, равную 780 °С,  максимально приближенную к температуре Ас1 . В результате удалось уменьшить темп снижения твердости при последующем длительном  (до 3000 ч) старении этой стали при 720 °С. Разработанная методика определения температур Ас1 и Ас3 сталей является дополняющей к аналогичным методикам, основанным на измерениях термических, дилатометрических и механических характеристик и позволяет принимать  более мотивированное решение о положении указанных температур. Предлагаемая методология с ее аппаратурным исполнением применима  только к тем сталям, где аустенит обладает большой устойчивостью по отношению к процессам распада по диффузионному механизму при  его переохлаждении, но претерпевает полное превращение по мартенситному механизму по достижении точек Мн и Мк (это означает, что  время инкубационного периода на уровне «носа» С-образной кривой его распада должно быть не менее 5 мин). Для остальных сталей, в том  числе аустенитных, углеродистых и типичных малолегированных машиностроительных эта методика неприменима.

ферритно-мартенситные стали,  магнитная проницаемость,  температура Кюри,  дельта-феррит,  мартенсит,  аустенит,  термическая обработка,  старение,  твердость

1. Лифшиц Б.Г., Крапошин В.С., Линецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. – М.: Металлургия, 1980. – 320 с.

2. Физическое металловедение / Под ред. Р. Кана. Вып.1. Атомное строение металлов и сплавов. – М.: Мир, 1967. – 334 с.

3. Металловедение и термическая обработка стали: Справ. изд. – В 3-х томах. Т. 1. Методы испытаний и исследований / Под ред. М.Л. Бернштейна, А.Г . Рахштадта. – М.: Металлургия, 1985. – 352 с.

4. Физическое металловедение / Под ред. Р. Кана. Вып. 2. Фазовые превращения. Металлография. – М.: Мир, 1968. – 492 с.

5. Byeon J.W., Kwun S.I. Effect of thermal exposure of 2.25Cr-1Mo steel on magnetic Barkhausen noise // J. Korean Phys. Soc. 2004. Vol. 45. P. 733 – 737.

6. Buttle D.J., Briggs G.A.D., Jakubovics J.P. etc. Magnetoacoustic and Barkhausen in ferromagnetic materials [and discussion] // Philos. Trans. R. Soc. Lond. A. 1986. Vol. 320. P. 363 – 378.

7. Nakai N., Furuya Y., Obata M. Effect of carbide particle morphology and prior austenite grain size on Barkhausennoise in 0.4 C–5Cr– Mo–V hot-work tool steel // Mater. Trans. 1989. Vol. 30. P. 197 – 199.

8. Moorthy V., Vaidyanathan S., Raj B. etc. Insight into the microstruc tural characterization of ferritic steels using micromagnetic parameters // Metall. Mater. Trans. A. 2000. Vol. 31A. P. 1053 – 1065.

9. Moorthy V., Vaidyanathan S., Jayakumar T., Raj B. On the influence of tempered microstructures on magnetic Barkhausen emission in ferritic steels // Philos. Mag. A. 1998. Vol. 77. P. 1499 – 1514.

10. Byeon J.W., Kwun S.I. Magnetic nondestructive evaluation of thermally degraded 2.25Cr–1Mo steel // Mater. Lett. 2003. Vol. 58. P. 94 – 98.

11. Jiles D.C. Magnetic properties and microstructure of AISI 1000 series carbon steels // J. Phys. D. 1988. Vol. 21. P. 1186.

12. Kim C.S., Kwun S.I. Influence of precipitate and martensite lath on the magnetic properties in creep damaged 11Cr-3.45W steel // Mater. Trans. 2007. Vol. 48. P. 3028 – 3030.

13. Yamaura S., Furuya Y., Watanabe T. The effect of grain boundary microstructure on Barkhausen noise in ferromagnetic materials // Acta Mater. 2001. Vol. 49. P. 3019 – 3027.

14. Dickinson S.J., Binns R., Yin W. etc. The development of a multifrequency electromagnetic instrument for monitoring the phase transformation of hot strip steel // IEEE T. Instrum. Meas. 2007. Vol. 56. P. 879 – 886.

15. Hao X., Yin W., Strangwood M. etc. Characterization of decarburi zation of steels using a multifrequency electromagnetic sensor: experiment and modeling // Metall. Mater. Trans. A. 2009. Vol. 40A. P. 745 – 756.

16. Hao X.J., Yin W., Strangwood M. etc. Off-line measurement of decar burization of steels using a multifrequency electromagnetic sensor // Scripta Mater. 2008. Vol. 58. P. 1033 – 1036.

17. Liu J., Strangwood M., Davis C. L., Peyton A. J. Magnetic evaluation of microstructure changes in 9Cr-1Mo and 2.25Cr-1Mo steels using electromagnetic sensors // Metall. Mater. Trans. A. 2013.Vol. 44A. P. 5897 – 5909. 1

18. Рачков В.И., Образцов С.М., Соловьев В.А. и др. Оптимизация химического состава ферритно-мартенситной стали в целях повышения кратковременных механических свойств // Атомная энергия. 2013.Т. 115. Вып. 1. С. 22 – 27.

19. Лившиц Б.Г. Металлография. – М.: Металлургия, 1990. – 236 с.