ГЛАВА 2
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕВРАЩЕНИЙ АУСТЕНИТА И ФОРМИРОВАНИЯ МИКРОСТРУКТУРЫ УГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ ПРИ ПАТЕНТИРОВАНИИ
Понимание кинетики фазовых превращений переохлажденного аустенита имеет большое значение для теории и практики термической обработки. Знание закономерностей кинетики превращений и процессов структурообразования переохлажденного аустенита являются основой для совершенствования существующих и разработки новых технологических процессов термической обработки стали.
Теоретические представления о процессе патентирования долгое время сводились к тому, что при проведении этого вида обработки происходит закалка стали с последующим высоким отпуском (улучшение) [4, 5]. Однако, начавшиеся в 20 - 30 годы XX века исследования кинетики превращения переохлажденного аустенита, изменили эти взгляды. Наиболее резким толчком к пересмотру существующих на тот момент представлений о превращениях аустенита и о патентировании явились выполненные в 1929 году исследования Льюиса (Lewis). Основное значение проведенных Льюисом исследований превращений аустенита в стали с 0,8% углерода заключалось в предложенном им методе изотермических исследований, с помощью которого были получены принципиально новые данные о превращениях аустенита [6, 72]. Результатом проведения изотермических исследований распада аустенита служит определение моментов времени начала и конца превращений и образующихся при этом структур при заданной температуре. Установленные таким образом зависимости для разных температур обобщаются и представляются в виде изотермических диаграмм распада аустенита [18, 74].
Многочисленные исследования изотермического превращения аустенита, проведенные в то время, позволили сделать вывод, что "патентирование представляет не закалку с высоким отпуском, а изотермическое превращение переохлажденного аустенита в так называемой первой ступени, когда происходит непосредственный распад аустенита на смесь, состоящую из феррита и цементита. Фазовые составляющие продуктов этого превращения представляют такую же смесь, как и в перлите, но отличаются от него высокой степенью дисперсности цементита и особой равномерностью его распределения в основной массе ферритных зерен. Так как продуктами этого превращения являются равновесные фазовые составляющие - феррит и цементит, патентирование по своему существу представляет изотермический отжиг" [5].
Осуществление операции патентирования аналогично методике проведения изотермических исследований. Поэтому принято считать, что распад аустенита при патентировании также как и при изотермических исследованиях происходит при заданной температуре изотермической ванны, то есть изотермически [18, 19, 74]. В тоже время существуют и другие сведения о процессе патентирования, которые этого не подтверждают. В работе [5] говорится, что при патентировании в ванне с температурой 550 оС проволоки диаметром более 2 мм из стали с содержанием углерода 0,5 - 0,6% превращение аустенита может произойти в верхних зонах температур переохлаждения. В работе [4], анализируя результаты исследований Гензамера (Gensamer) и др. [21], говорится, что за счет выделения тепла фазовых превращений (рекалесценции) даже при обработке тонкой проволоки распад аустенита идет не изотермически, а в интервале температур.
Считается, что превращение аустенита при патентировании протекает тем ближе к изотермическому, чем больше углерода в стали, чем ниже температура ванны и чем тоньше проволока [14].
Таким образом, необходимость проведения исследований превращений аустенита при патентировании с применением расплавов обусловлена противоречивостью имеющихся сведений по этому вопросу. Противоречивы также сведения о структуре высокоуглеродистой стали, формирующейся при разных температурах патентирования [4, 5].
Знание особенностей превращений аустенита при существующем процессе патентирования явится теоретической основой предлагаемого альтернативного способа патентирования с использованием в качестве охлаждающей среды высокоскоростного газового потока - способ газового патентирования.
2.1. Превращения аустенита при патентировании
передельной проволочной заготовки
2.1.1. Материал и методика исследований
Выбор методики проведения исследований превращений аустенита играет важную роль в установлении закономерностей распада аустенита, формирования структуры и свойств стали при реальных процессах термообработки.
Известно, что превращения переохлажденного аустенита можно изучать либо в изотермических условиях при охлаждении в расплавах с заданной температурой, либо в процессе непрерывного охлаждения с различными скоростями [73, 75, 76].
При изучении превращений аустенита в изотермических условиях образцы изучаемой стали нагревают до температуры выше линии Ас3, выдерживают при этой температуре и затем переохлаждают до определенной субкритической температуры, при которой выдерживают некоторое время для развития превращения. Считается [6, 73, 77], что быстрое охлаждение до температуры изотермической выдержки достигается применением в качестве охлаждающих сред расплавов свинца или селитры и использованием небольших по размеру образцов толщиной 1,5-4 мм, которые охлаждаются по всему сечению равномерно с достаточно большой скоростью. При этом аустенит в процессе охлаждения до температур изотермических выдержек не претерпевает превращения, а его распад происходит по истечении некоторого времени, называемого инкубационным периодом, т. е. после достижения температуры изотермы [73]. Полученные таким методом кинетические диаграммы называются изотермическими, т. е. характеризующие протекание фазовых превращений при неизменных температурах.
Видно, что проведение исследований кинетики превращения аустенита в изотермических условиях по своей сути аналогично операции патентирования. Поэтому, для изучения превращений аустенита при патентировании был выбран изотермический метод исследования.
Известно, что наблюдение за развитием происходящих превраще