ОСОБЕННОСТИ ДЕФОРМАЦИИ И РАЗРУШЕНИЯ УПРОЧНЕННЫХ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ СТАЛЕЙ ПОСЛЕ ОБРАБОТКИ В ТЕМПЕРАТУРНЫХ УСЛОВИЯХ ФАЗОВОГО ПРЕДПРЕВРАЩЕНИЯ И ПРЕВРАЩЕНИЯ

Традиционные методы термообработки энергозатратны и продолжительны во времени, поэтому задача повышения их эффективности является весьма актуальной. В работе исследован процесс повторного скоростного нагрева с кратковременной выдержкой в  интервале температуры полиморфного предпревращения и превращения с позиции эволюции структуры, свойств и характера разрушения закаленных высокоуглеродистых сталей. В частности установлено, что скоростной нагрев (600 – 700 °С/с) и кратковременная выдержка (0,5  с) с последующим охлаждением в подсоленной воде (6 °С) приводит к формированию структуры, не отличающейся от структуры низкоотпущенного (200 °С, 2 ч) мартенсита традиционно закалённой стали при увеличении в 4 раза удлинения и на два порядка сужения при сохранении прочности в ходе испытания на растяжение. Кратковременная выдержка 8 – 15 – 25 с при повторной закалке от 820  °С в холодной подсоленной воде (6 °С) высокоуглеродистых сталей приводит к образованию структуры сверхмелкопластинчатого, субмикропластинчатого, глобулярного перлита. Происходит объёмное наноструктурирование стали, отличающееся от традиционной закалки с  высокотемпературным отпуском структурой и свойствами: величиной прилагаемых напряжений как на стадиях деформации, так и показателей свойств при разрушении (увеличение σв на 55 %; σ0,2 на 17 %; ψ в 8 раз; αn на 80 %). Увеличение кратковременной выдержки до 40  –  50  с при повторной закалке от 820 °С приводит, в отличие от традиционной, к образованию структуры сверхмелкоигольчатого мартенсита, появлению в изломе на плоскостях скольжения ямочной структуры, по форме напоминающей пчелиные соты. После низкотемпературного отпуска при испытании на растяжение наблюдаются все стадии деформации, в изломе измельчение ямочного строения и  отсутствие хрупких ямок-туннелей, улучшаются показатели пластичности (δ ~ в 1,5 раза; ψ в 3 раза) при сохранении прочности.

1. Муравьёв В.И., Фролов А.В., Злыгостев А.М. и др. Изотермическая закалка как инструмент наноформирования дефектной структуры стали Р18 для улучшения эксплуатационных характеристик режущего инструмента // Металлообработка. 2009. № 2. С. 50 – 57.

2. Муравьёв В.И., Фролов А.В. Управление дефектной структурой сплавов на границе фазовых превращений с использованием метода акустической эмиссии. – Комсомольск-на-Амуре: КнАГТУ, 2013. – 219 с.

3. Золотаревский Н.Ю., Зисман А.А., Панпурин С.Н. и др. Влияние размера зерна и деформационной структуры аустенита на кристаллогеометрические особенности бейнита и мартенсита низколегированных сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 10. С. 39 – 48.

4. Гуляев А.П. Состояние предпревращений в сплавах железа // Металловедение и термическая обработка металлов. 1991. № 6. С. 7 – 10.

5. Пикеринг Ф.Б. Физическое металловедение и разработка сталей / Пер. с англ. – М.: Металлургия, 1982. – 182 с.

6. Зимин Н.В. О влиянии температуры, скорости нагрева и исходного состояния структуры углеродистых сталей на процессы образования в них аустенита // Металлообработка. 2006. № 1. С. 41 – 47.

7. Гринберг Е.М., Алексеев А.А. Исследование кинетики низкотемпературного распада мартенсита в углеродсодержащих сталях // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 1. С. 13 – 16.

8. Муравьёв В.И., Курбатов В.П. Закалка инструментальных сталей в кипящем слое // Металловедение и термическая обработка металлов. 1970. № 2. С. 46 – 48.

9. Зуев Л.Б., Данилов В.И., Баранникова С.А. Физика макролокализации пластического течения. – Новосибирск: Наука, 2008. – 328 с.

10. Алюшин Ю.А., Горбатюк С.М. Возможные механизмы диссипации энергии при переходе от обратимой деформации к необратимой // Изв. вуз. Черная металлургия. 2018. № 3.С. 223 – 229.

11. Алюшин Ю.А. Энергетические основы механики. – LAP Lambert Academic Publishing, 2016. – 281 с.

12. Алюшин Ю.А. Энергетическая модель обратимых и необратимых деформаций в пространстве временных Лагранжа // Прогрессивные технологии пластической деформации. – М.: НИТУ «МИСИС», 2009. С. 44 – 67.

13. Гуляев А.П. Металловедение. – М.: Металлургия, 1986. – 544 с.

14. Муравьёв В.И., Ким В.А., Фролов А.В. и др. Применение метода акустической эмиссии для исследования кинетики распада переохлажденного аустенита в стали 5 // Заводская лаборатория. Диагностика металлов. 2010. № 1. С. 33 – 36.

15. Муравьёв В.И., Фролов А.В., Кириков А.В., Мартынюк А.М. Использование эффектов аустенитного предпревращения и превращения при термической обработке конструкционных сталей // Вопросы материаловедения. 2012. № 3. С. 7 – 14.

16. Попов В.А. Фазовые превращения в металлических сплавах. – М.: Металлургия, 1962. – 268 с.

17. Счастливцев В.М., Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л. и др. Перлит в углеродистых сталях. – Екатеринбург: УрО РАН, 2094. – 311 с.

18. Урцев В.Н., Яковлева И.Л., Терещенко Н.А. и др. Перекристаллизация среднеуглеродистой стали в неравновесных условиях кратковременного нагрева выше температуры Ас1 // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 9. С. 951 – 961.

19. Мирзаев Д.А., Яковлева И.Л., Терещенко Н.А., Урцев В.Н. Возможность анормального образования перлита в среднеуглеродистой стали после кратковременного нагрева до температур выше Ас1 // Металловедение и термическая обработка металлов. 2016. № 11. С. 6 – 10.

20. Tsuji N., Maki Т. Enhanced structural refinement by combining phase transformation and plastic deformation m steels // Scripta Materialia. 2009. Vol. 60. Issue 12. P. 1044 – 1049.

21. Tsuji N. New routes for fabricating ultrafine-grained microstructures in bulky steels without very-high strains // Advanced Engineering Materials. 2010. Vol. 12. Issue 8. P. 701 – 707.

22. Hiroshi Yada, Chun-Ming Li, Hiroshi Yamagata. Dynamic γ → α transformation during hot deformation in iron-nickel-carbon alloys // ISIJ International. 2000. Vol. 40. No. 2. P. 200 – 206.

23. Dong H, Sim X, Нui W. etс. Grain refinement in steels and the application trials in china // ISIJ International. 2008. Vol. 48. No. 8. P. 1126 – 1132.

24. Jong-Kyo Choi, Dong-Han Sea, Jae-Sang Lee etc. Formation of ultrafine ferrite by strain-induced dynamic transformation in plain low carbon steel // ISIJ International. 2003. Vol. 43. No. 5. P. 746 – 754.

25. Zhongmin Yang, Ruizhen Wang. Formation of ultra-line grain structure of plain low carbon steel through deformation in-ducal ferrite trans formation // ISIJ international. 2003. Vol. 43. No. 5. P. 761 – 766.

26. Матвеев М.А., Колбасников И.Г., Кононов А.А. Измельчение структуры микролегированных сталей при пластической деформации вблизи температур полиморфного превращения // Металловедение и термическая обработка металлов. 2017. № 4 (742). С. 3 – 8.