Влияние термической обработки на распад остаточного аустенита в высокохромистых массивных отливках

Д.т.н. Скобло Тамара Семеновна,

к.т.н. Власовец Виталий Михайлович, Клочко Оксана Юрьевна

Харьковский национальный технический университет

сельского хозяйства имени Петра Василенко, Украина

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА РАСПАД ОСТАТОЧНОГО АУСТЕНИТА В ВЫСОКОХРОМИСТЫХ МАССИВНЫХ ОТЛИВКАХ

Высокохромистые чугуны являются материалом, часто используемым для изготовления деталей машиностроения и металлургического оборудования. Они отличаются высокими эксплуатационными свойствами. Высокохромистые чугуны – это сложные многокомпонентные сплавы. Одним из существенных недостатков такого материала является наличие большой доли остаточного аустенита. Его выделения зависят не только от условий кристаллизации отливки и химического состава, но и от условий термообработки [1]. Трещины в процессе эксплуатации возникают, главным образом, под воздействием напряжений, формируемых во время распада остаточного аустенита и значительного градиента температур внутри массивных отливок. Поэтому назначение термообработки, помимо снятия внутренних напряжений, заключается в возможно более полном постепенном во времени превращении остаточного аустенита. Целью данной работы являлось изучение влияния циклической термообработки на превращения остаточного аустенита в высокохромистых массивных отливках. Для изучения явлений распада остаточного аустенита в высокохромистых массивных отливках исследовали пробы плавок следующего химического состава (мас.%): 2,62-2,97 С, 0,91-1,07 Si, 0,80-0,86 Mn, 0,052-0,092 P, 0,018-0,034 S, 15,9-17,1 Cr, 1,32-1,51 Ni, 1,15-1,24 Mo, 0,21-0,38 Cu, 0,20-0,37 V, 0,03-0,035 Mg. На основании предварительно проведенных исследований [2] установлено, что наиболее эффективной и менее опасной с позиций трещинообразования упрочняющей обработкой для рабочего слоя массивных отливок является циклическая обработка при температуре 450ºС. Был проведен четырехкратный отжиг при 450⁰С с выдержкой по 3ч на каждой ступени обработки. Микроструктуру образцов до и после испытаний изучали с помощью микроскопа «Neophot-21». Микротвердость фаз и структурных составляющих определяли с помощью микротвердомера ПМТ-3. Фазовый состав чугуна изучали на дифрактометре ДРОН-ЗМ в FeK_α излучении.

Выполнена оценка аустенитных зерен в литом и циклически термообработанном состоянии. Видно, что уже в литом состоянии в процессе кристаллизации отливки частично происходит дисперсионное твердение, при котором распад аустенита начинается с центра зерна. При этом на границе с зоной выпадения специальных карбидов возникают значительные структурные напряжения, уровень которых можно оценить по изменению микротвердости. В зоне остаточного аустенита микротвердость наиболее высокая. Микротвердость аустенитного зерна в литом состоянии находится в пределах от Н-50-248 в центре зерна, где произошел полный распад аустенита, до Н-50-354 на границе с зоной выпадения специальных карбидов.

Изучено влияние циклической термической обработки на аустенит и продукты его распада совмещением металлографических исследований и микрорентгеноспектрального анализа. После проведения термоциклической обработки микронеоднородность по распределению хрома по центру зерна увеличивается, а у границы с карбидной фазой уменьшается. Также несколько укрупняются карбиды и площадь, занимаемая ферритокарбидной смесью, увеличивается (рис.1), что свидетельствует об интенсификации распада остаточного аустенита.

В литом состоянии при анализе зон, граничащих со специальными карбидами, были выявлены зоны, имеющие игольчатое строение (рис.2). Это результат мартенситного превращения. Концентрация хрома в этой зоне практически не изменяется. Этот вывод подтверждается исследованием [3]. Электронномикроскопическое исследование выявило наличие в микроструктуре большого количества дисперсных карбидов. Однако измерить микротвердость на этом участке не представляется возможным из-за очень малой ширины зоны. После циклической термообработки участков с подобным строением у границы зерна обнаружено не было, однако микротвердость и распределение хрома изменяются в широких пределах.

В литом состоянии наблюдается четкая кристаллографическая направленность, которая сохраняется по центру зерна (рис.1), после циклической термообработки, в зонах, примыкающих к границам зерна, этой направленности не наблюдается (рис.3).

Таким образом, установлен характер влияния циклической термообработки на превращения остаточного аустенита в высокохромистых массивных отливках. Исследованиями показано, что циклическая термообработка уменьшает долю остаточного аустенита, стимулирует его распад, перераспределяет концентрацию хрома в отдельных зонах и соответственно повышает уровень микротвердости. Однако для изучения количественных показателей влияния и получения соответствующих математических моделей необходимы дальнейшие экспериментальные исследования.

Рис.1 Микроструктура участков ферритокарбидной смеси

а) литое состояние; б) после термоциклической обработки; в) химический состав элементов в центре участка до и после термической обработки;

г) микротвердость

Рис.2 Микроструктура участков аустенита рядом с карбидами

г) микротвердость

Рис.3 Микроструктура участков аустенито-ферритокарбидной смеси

г) микротвердость

Литература:

1. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства. - М.: Металлургия, 1983.-176с.

2. Скобло Т.С., Власовец В.М., Клочко О.Ю. Влияние карбидообразующего элемента вольфрама на структуру и свойства высокохромистого комплекснолегированного чугуна в литом и термообработанном состоянии// Труды 15 Международной научно-технической конференции «Физические и компьютерные технологии» – Харьков. – 2-3 декабря, 2009. – с.311-316.

3. Шалевская И.А., Тихонович В.И. Формирование структуры высокохромистого чугуна при термической обработке// Вісник східноукраїнського національного університету імені В. Даля № 6 (124) 2008, вип.81 – Луганск. – 2008, с.15-18.