книги из ГПНТБ / Завьялов, А. С. Влияние основных факторов на температуру разупрочнения и рекристаллизации сплавов железа

Ленинградская организация общества «Знание» РСФСР ЛЕНИНГРАДСКИЙ ДОМ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ПРОПАГАНДЫ

УДК 669.017 : 669.11

А. С. ЗАВЬЯЛОВ

В Л И Я Н И Е О С Н О В Н Ы Х Ф А К Т О РО В Н А Т Е М П Е Р А Т У Р У Р А З У П Р О Ч Н Е Н И Я

И Р Е К Р И С Т А Л Л И З А Ц И И С П Л А В О В Ж Е Л Е З А

С е р и я — Прогрессивное формообразование, металловедение и термообработка

Л е н и н г р а д

1974

I focTЦуЗяИЧМвИ

tдау «но -Tft?,ничв<жвж

-йкЛиогска СССР

:; ЭКЗЕМПЛЯР

f ^утдлы-ЮГО ЭЛЛА I

t

\

ЗАВЬЯЛОВ Андрей Сергеевич

Влияние основных факторов на температуру разупрочнения и рекристаллизации сплавов железа.

ЛДНТП, 1974.

36 с. с ил. 4500 экз. 20 коп.

В данной работе на основе экспериментальных материалов авто­ ра рассмотрено и проанализировано влияние на процессы наклепа, разупрочнения и рекристаллизации в сталях и других сплавах же­ леза всех важнейших факторов: степени наклепа, продолжительности отжига, температуры деформации, величины зерна, модификации же­ леза, неоднородности химического состава и неравномерности дефор­ мации, содержания в сталях углерода и легирующих элементов. По­ казано и объяснено влияние на температуру разупрочнения и рекри­ сталлизации сплавов железа основных легирующих элементов: крем­ ния, марганца, никеля, кобальта, хрома, молибдена, вольфрама, ва­ надия, титана, ниобия. Это имеет большое практическое значение, так как, в частности позволяет устанавливать и выбирать оптималь­ ный химический состав теплоустойчивых и жаропрочных сталей.

Брошюра рассчитана на широкий круг инженерно-технических работников.

УДК 669.017 : 669.11

©Ленинградская организация общ. «Знание» РСФСР.

ЛДНТП, 1974.

ВВ Е Д Е Н И Е

ВДирективах XXIV съезда КПСС большое внимание уделено качеству выпускаемой продукции и совершенствованию технологи­ ческих процессов производства. При решении этих вопросов метал­ лургам и металловедам часто приходится учитывать процессы на­ клепа, разупрочнения и рекристаллизации, которые играют боль­

шую роль при производстве и эксплуатации многих ответственных изделий.

Способность к упрочнению при пластической деформации спла­ вов железа и других металлов имеет очень большое практическое значение: наклеп—один из основных способов упрочнения аустенит­ ных сталей; широкое применение высокомарганцовистых сталей в качестве износостойких обусловлено их способностью сильно на­ клепываться при ударах и высоких давлениях; наклеп при дробе­ струйной обработке повышает усталостную прочность; упрочнение при наклепе используется в производстве высокопрочной канатной и рояльной проволоки, при изготовлении пружин (особенно на ос­ нове меди и никеля)1и т. д.

Наклепываться металлы и сплавы, в том числе и сплавы желе­ за, могут только при температурах, лежащих ниже температуры -рекристаллизации. Наклеп, возникший выше этой температуры, устраняется рекристаллизацией. Имеет исключительно большое практическое значение то, что от температуры рекристаллизации непосредственно зависит поведение металлов и сплавов как тепло­ устойчивых и жаропрочных материалов: они могут длительно ра­ ботать под воздействием высоких напряжений лишь при темпера­ турах, лежащих ниже температуры рекристаллизации. Поэтому факторы, повышающие начальную температуру рекристаллизации, повышают температуру, при которой сплав может длительное вре­ мя работать под воздействием относительно высоких нагрузок. Противоположное влияние оказывают факторы, понижающие на­ чальную температуру рекристаллизации. Вследствие вышесказан­ ного и целого ряда других важных обстоятельств большое значение имеет знание влияния различных факторов на температуру рекри­ сталлизации.

3

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О НАКЛЕПЕ, ВОЗВРАТЕ,

ПОЛИГОНИЗАЦИИ И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Пластическая деформация металлов ниже температуры рекри­ сталлизации вызывает повышение твердости, предела текучести и предела прочности, а также понижение пластичности и вязкости вследствие наклепа (нагартовки). Упрочнение при наклепе обус­ ловлено образованием большого количества различных дефектов, кристаллической решетки, особенно дислокаций. При холодной пластической деформации, в зависимости от ее величины, плотность дислокаций возрастает примерно в 102—105 раз, одновременно уве­ личивается избыток дислокаций одного знака.

При наклепе в , металле накапливается энергия искажений., обуславливающая его термодинамическую неустойчивость. Поэто­ му в металле должны возникать процессы, при которых атомы пе­ реходят в положения с меньшей энергией. Такие процессы сильно активизируются при повышении температуры.

При нагреве до определенной температуры (в случае стали при­ мерно до 300—400° С) возникает явление возврата, в процессе кото­

Нередко при возврате происходит такое перераспределение ди­ слокаций, сопровождающееся аннигиляцией части их, при котором возникают «стенки» избыточных дислокаций одного знака. Эти «стенки» дислокаций являются границами вновь возникших в де­ формированных при наклепе зернах особых кристаллических агре­ гатов— субзерен. Данный возврат называется полигонизацией; она обычно наблюдается при отжиге металла, не сильно деформиро­

ванного.

Отдых вызывает небольшие, а полигонизация — существенные изменения механических свойств. При полигонизации, вследствие снятия внутренних напряжений, происходит повышение предела упругости, относительного удлинения, сужения и ударной вязкости. Твердость и предел прочности обычно понижаются, хотя при тем­ пературах нагрева ниже температуры возврата часто наблюдается некоторое повышение их. При отдыхе и полигонизации форма и размер деформированных зерен не изменяются.

При дальнейшем нагреве наклепанного металла достигается та­ кая температура, при которой внутри деформированных зерен, обычно у их границ, возникают недеформированные, так называе­ мые, зародыши рекристаллизации, т. е. начинается процесс рекри­ сталлизации. Эта температура является температурой рекристал­

лизации.

Возможны три механизма образования зародышей рекристал­ лизации: 1) путем роста субзерен вследствие миграции субграниц;

4

2) путем движения небольших участков границ деформированных зерен в сторону соседних зерен; 3) путем коалесценции субзерен.

В литературе есть указания, что при малых степенях деформа­ ции зародыши рекристаллизации возникают, в основном, по второ­ му механизму, а при больших — по первому и третьему.

Различают три вида рекристаллизации: рекристаллизацию об­

Возникновение внутри деформированных зерен зародышей ре­ кристаллизации, свободных от искажений, т. е. начальная стадия рекристаллизации является первичной рекристаллизацией (рекри­ сталлизацией обработки), при которой возникшие зародыши рас­ тут до тех пор, пока не пфидут во взаимное соприкосновение; так возникают недеформированные зерна. После этого начинается со­ бирательная рекристаллизация, заключающаяся в росте одних зе­ рен за счет других новых зерен. При дальнейшем повышении тем­ пературы может начаться вторичная рекристаллизация,, заключаю­ щаяся в том, что размеры одних растущих зерен увеличиваются быстрее, чем других, тоже растущих, зерен, в результате чего воз­ никает резкая разнозернистость стали. Различие в величине зерен может исчезнуть только после завершения вторичной рекристалли­ зации, т. е. когда все быстрорастущие зерна, поглотив зерна, расту­ щие медленно, станут очень крупными.

Ниже, во всех случаях, когда без специальных оговорок гово­ рится о температуре рекристаллизации, имеется ввиду начальная температура первичной рекристаллизации.

ОСНОВНЫЕ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ТЕМПЕРАТУРУ

РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ

Основными факторами являются: степень наклепа металла, продолжительность нагрева наклепанного металла, температура окончания деформации, содержание углерода и легирующих эле­ ментов в сплаве, полиморфная модификация сплава, величина зер­ на. Из этих факторов исключительно большое значение имеет ле­ гирование, оно, в частности, широко применяется при разработке и производстве теплоустойчивых и жаропрочных сталей и других сплавов.

Данные, имеющиеся в литературе, не позволяют полностью оце­ нить роль и значение каждого из этих факторов, а в отношении влияния легирующих элементов опубликованные эксперименталь­ ные данные являются в значительной мере противоречивыми.

Основной причиной противоречий и невозможности оценить роль и значение основных факторов, оказывающих влияние на температуру рекристаллизации, является большое различие в сте­ пени наклепа и продолжительности рекристаллизационного отжига

5

в опубликованных работах. Поэтому результаты этих работ нельзя сопоставлять между собой.

В данной работе сначала были установлены рациональные для эксперимента степень наклепа и продолжительность отжига накле­ панного металла, а затем уже с применением их произведено из­ учение влияния на температуру рекристаллизации всех основных факторов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СПЛАВЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование проводилось на трех группах сплавов железа:

I. Содержащих углерод не свыше 0,05%, раздельно легирован­ ных кремнием, никелем, кобальтом, марганцем, хромом, вольфра­ мом, молибденом, ванадием, титаном (табл. 1). Эти сплавы ниже будут условно называться ферритными.

II. Содержащих углерод в среднем 0,35%, раздельно легирован­ ных теми же элементами и в том же количестве, что и ферритные сплавы (табл. 2). Эти сплавы являются перлитными сталями.

III. Аустенитные стали типа 1Х14Н25, раздельно легирован­ ные кремнием, алюминием, кобальтом, марганцем, молибденом, вольфрамом, ванадием, ниобием, титаном от 0,5 до 3—4 ат. % (табл. 3). Из аустенитных сталей изучались также сплавы легиро­ ванные только никелем, совсем не содержащие хрома, и легирован­ ные хромом в различных количествах.

Пластинам экспериментальных сплавов на ленточном прокат­

потому, что примерно до этой величины, как показано ниже, ока­ зывается особенно существенным ее влияние на температуру ре­ кристаллизации.

Для изучения влияния величины деформации на температуру рекристаллизации пластины ряда сплавов подвергались также на­ клепу по формуле (1) на 15; 50 и 150%, что равняется 13; 33,3 и 60% по формуле (2).

Продолжительность отжига наклепанного металла при темпера­ туре до 950° включительно была принята, равной 10 час., от 975 до 1075° — 2 час., при 1100° и выше — 30 мин. Продолжительность —

6