Конструкционные высокопрочные низкоуглеродистые стали мартенситног
..pdfа
б
Рис. 2.8. Низкоуглеродистый реечный мартенсит, хЗО 000: а - сталь 07X3ГНМ (7'КЗОг= 350 °С); б-сталь 12Х2Г2НМФТ (ГНЗОТ=330 °С)
а |
б |
в |
г |
Рис. 2.9. Релаксированный реечный |
мартенсит, х50 000: |
а, в - сталь 07ХЗГНМ (Гизот= 400 °С); б, г - сталь 08Х2Г2ФБ (7изот= 400 °С)
интервале мартенситного превращения формируется структура пакетного реечного мартенсита. Стабильность морфологии кристаллов мартенсита в данной стали свя зана с комплексным легированием, в большей степени подавляющим активность углерода, чем в менее легиро ванных низкоуглеродистых мартенситных сталях 07ХЗГНМ и 08Х2Г2ФБ. Следствием этого является по давление релаксационных процессов за счет перераспре деления дислокаций и вакансий, а также миграции боко вых границ, подвижность которых в существенной мере определяется диффузионной подвижностью атомов уг лерода [25].
При значительных увеличениях (х 100 000) в неко торых мартенситных рейках просматриваются дисперс
Микроструктура бейнитной стали 15Х2ГМФ (рис. 2.11, а-г) определяется механизмами превращения переохлажденного аустенита, реализующимися в опре деленных температурных интервалах. Так, при.температурах ниже 330 °С, где по кинетическим признакам про текает мартенситное превращение (см. рис. 2.2, г), фор мируется структура реечного мартенсита, для которой, в отличие от низкоуглеродистых мартенситных сталей, характерны относительно узкие длинные пакеты, места ми пересекающие друг друга. В некоторых пакетах вследствие их дисперсности внутренняя субструктура не разрешается (см. рис. 2.11, а). Данная структура по морфологии близка к структуре, полученной после не прерывного охлаждения со скоростью 600 град/с, то есть сформировавшейся в условиях ограниченного протека ния релаксационных процессов, что характерно для мар тенситного превращения с атермической кинетикой. Об разование узких длинных пакетов в стали бейнитного класса 15Х2ГМФ при температурах изотерм ниже 330 °С свидетельствует о затруднении процессов релаксации структурных напряжений в ходе мартенситного превра щения даже в изотермических условиях Это связанно с более высоким относительно НМС содержанием угле рода (0,16% С) в твердом растворе, увеличением со противления сдвигу решетки аустенита и, как следствие, реализацией атермического мартенситного превращения, характеризующегося отсутствием зависимости скорости у—>а превращения от температуры и взрывным типом кинетики (см. рис. 2.2, г).
С увеличением температуры изотермической вы держки микроструктура бейнитной стали 15Х2ГМФ пре терпевает существенные изменения, связанные со сме ной преобладающего механизма превращения. В области температур 330-400 °С формируется смешанная мартен- сито-бейнитная структура с наличием пакетов с реечной морфологией, имеющих меньшую по сравнению с более низкими температурами длину и большую шири
Электронно-микроскопические исследования тон кой структуры бейнитной стали 15Х2ГМФ показали, что после изотермической закалки она представляет собой a -фазу различной морфологии. Ниже 330 °С формируют ся пакеты реечного мартенсита с узкими длинными кри сталлами, характерными для закаленной структуры стали
сболее высоким содержанием углерода по отношению
кНМС. В рейках наблюдается высокая плотность дисло каций без карбидных выделений и остаточного аустенита
(рис. 2.12, б). В интервале температур 330-400 °С наряду
б
Рис. 2.12. Реечный мартенсит стали 15Х2ГМФ, хЗО 000, (7,„зот= 300 °С): а - тонкая структура; б - микродифракционная картина
с рейками встречаются кристаллы линзовидной морфо логии, границы которых, имеют искривленную форму (рис. 2.13, а). Эти кристаллы содержат меньшую, по сравнению с закаленным состоянием, плотность дисло каций [26]. В теле реек наблюдаются карбидные части цы, направленные под углом 60° к продольной оси кри сталла (рис. 2.13, б-г). Подобная морфология а-фазы и наличие карбидов в теле реек, имеющих одну ориенти ровку, характерны для структуры нижнего бейнита [27, 28].
в |
г |
Рис. 2.13. Нижний бейнит стали 15Х2ГМФ, хЗО 000, охлаж дение с изотермическими выдержками при температурах 330-400 °С
При температурах изотерм выше 400 °С в стали 15Х2ГМФ преобладает бейнитная a -фаза не реечной морфологии с относительно малой плотностью дислока
Анализ оптической и тонкой структуры низкоугле родистых мартенситных сталей 07ХЗГНМ, 08Х2Г2ФБ, 12Х2Г2НМФТ и стали бейнитного класса 15Х2ГМФ по казывает, что для данных сталей (для стали 15Х2ГМФ при температурах ниже 330 °С) при мартенситном пре вращении возможен только сдвиговой механизм релак сации, за счет образования и перераспределения отдель ных дислокаций. При «промежуточном» бейнитном пре вращении (сталь 15Х2ГМФ), когда диффузионная активность атомов внедрения высока, релаксация осуще ствляется одновременно по сдвиговому и диффузионно му (за счет перераспределения атомов внедрения, вакансионных комплексов «вакансия-атом внедрения», обра зования карбидов, движения отдельных участков - ступенек межфазной границы) механизмам, осуществ ляющимся уже в ходе самого у— х превращения, что приводит к формированию крайне неоднородной по фа зовому составу структуры, состоящей из изотермической a -фазы различной морфологии и с различной степенью релаксации (разной плотностью дислокаций и содержа нием углерода в твердом растворе), высокоуглеродисто го двойникового хрупкого мартенсита и сохраняющегося после охлаждения остаточного аустенита с различной стабильностью. Для нормального превращения характе рен преимущественно диффузионный тип релаксации за счет движения отдельных атомов железа, легирующего элемента или атомов внедрения, приводящих к образова нию равноосных кристаллов a -фазы (сталь 07ХЗГНМ и 15Х2ГМФ при температурах 720-600 °С и 720-650 °С соответственно).
Таким образом, в низкоуглеродистых сталях 07ХЗГНМ, 08Х2Г2ФБ и 12Х2Г2НМФТ структура, полу ченная в изотермических условиях, представляет собой реечный мартенсит без карбидной фазы и остаточного аустенита, и его морфология практически не зависит от температуры изотермической выдержки. Степень его «релаксированности» определяет система легирования НМС. В бейнитной стали 15Х2ГМФ формируется а-фаза
различной морфологии (с различными механизмами ре лаксации) с наличием карбидов и остаточного аустенита.
Неизменность морфологии структуры реечного мар тенсита во всей области мартенситного превращения по зволяет предположить, что это приведет к формирова нию одинаковых характеристик механических свойств после охлаждения с изотермическими выдержками. Ши рокий спектр структур в стали бейнитного класса 15Х2ГМФ, очевидно, должен приводить к формирова нию различного уровня характеристик механических свойств.
При исследовании характеристик механических свойств сталей, претерпевших у—>а превращение в изо
термических |
условиях, |
оценивали |
твердость |
HRC |
и ударную вязкость KCU. Полученные значения твердо |
||||
сти и ударной |
вязкости |
представлены |
в табл. 2.2, |
2.3, |
а также на рис. 2.15. |
|
|
|
Таблица 2.2
Твердость (HRC) и ударная вязкость (МДж/м2) НМС
взависимости от температуры
идлительности изотермической выдержки
Мар |
хтизсгг? |
Длительность изотермической выдержки, с |
||||||
ка |
°с |
1 |
10 |
30 |
60 |
180 |
1800 |
10800 |
стали |
||||||||
|
350 |
35 |
30 |
33 |
32,5 |
33,5 |
33 |
33 |
|
1,75 |
1,94 |
1,91 |
1,88 |
1,84 |
1,82 |
1,82 |
|
|
|
07ХЗГНМ
35 |
31,5 |
33 |
31,5 |
31 |
31 |
31 |
400 |
1,48 |
1,53 |
1,56 |
1,59 |
1,66 |
2,1 |
1,75 |
||||||
35 |
35 |
34,5 |
35 |
34,5 |
33 |
33,5 |
430 |
1,75 |
1,94 |
1,85 |
1,75 |
1,67 |
1,68 |
1,75 |
||||||
35 |
34,5 |
35 |
35 |
35 |
35 |
35 |
450 |
1,75 |
1,8 |
1,74 |
1,63 |
1,61 |
1,61 |
1,75 |