Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 [ 31 ] 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

чего превращение прекращается. При снижении температуры образовавщиеся ранее участки мартенситной фазы обычно не растут, а образуются ее новые участки. Превращение начинается внезапно и происходит с очень большой скоростью, которая практически не зависит от температуры. Степень превращения зависит от температуры и не увеличивается со временем пребывания при данной температуре.

Мартенситное превращение характерно для сплавов, претерпевающих при охлаждении в твердом состоянии после сварки и термообработки полиморфные превращения. Мартенситное превращение имеет место при сварке среднеуглеродистых и легированных сталей на малых погонных энергиях без применения подогрева. Мартеиситная а-фаза образуется при сварке титановых сплавов в широком диапазоне тепловых режимов [4].

В зависимости от внутреннего строения различают следующие типы мартенсита в стали: пластинчатый и пакетный [5]. Пластинчатый мартенсит также называют игольчатым, низкотемпературным и двойниковым. Он образуется в высокоуглеродистых и среднеуглеродистых легированных сталях. Имеет форму тонких линзообразных пластин с двойниковыми прослойками в средней части.

Пакетный мартенсит, также называемый реечным, массивным, высокотемпературным и недвойниковым (дислокационным), имеет форму примерно одинаково ориентированных тонких пластин (реек). Они образуют плотный более или менее равноосный пакет. Ширина реек 0,1-1,0 мкм, поэтому оптической металлографией выявляются только их пакеты. По этой причине пакетный мартенсит получил название массивного. Пакетный мартенсит образуется в большинстве низкоуглеродистых легированных сталей. Тип мартенсита определяет его механические и технологические свойства. Например, пластинчатый мартенсит в околошовной зоне более склонен к образованию холодных трещин, чем пакетный. Это связано с тем, что у вершины двойниковой пластины создаются дислокации высокой плотности и высокий уровень микронапряжений.

5.3.2.2. Выделение фаз при распаде твердых растворов. Распад твердых растворов с выделением фаз является диффузионным превращением и происходит по механизму «образование и рост зародышей». Имеет определенные особенности по сравнению с полиморфным превращением. Помимо затрат выделившейся объемной свободной энергии на приращение поверхностной энергии и компенсацию энергии упругих деформаций, образование зародышей сильно тормозится необходимостью больших флуктуации концентрации растворенного элемента. Поэтому для начала распада требуются весьма большие степени переохлаждения (пересыщения) и длительные выдержки при соответствующих температурах.

При медленном охлаждении и относительно малой степени переохлаждения образуются близкие к равновесию стабильные в-фазы с некогерентными границами раздела. Для них характерно гетерогенное зарождение на высокоугловых границах зерен и скоплениях вакансий (кластерах). В результате возможно образование сетки выделяющейся фазы на границах зерен.

При ускорении охлаждения и больших степенях переохлаждения вместо стабильной 0-фазы часто образуется метаста-бильная в-фаза, содержащая обычно меньше растворенного компонента, чем в стабильной, в-фаза зарождается гетерогенно предпочтительно на малоугловых границах блоков внутри зерен, скоплениях вакансий и отдельных дислокациях. Она имеет полностью или частично когерентные границы раздела. Возникновение метастабильных фаз обусловлено меньшей величиной энергетического барьера при их зарождении, чем стабильных. Кроме того, для возникновения метастабильной фазы требуются меньшие концентрационные флуктуации. При длительной выдержке может произойти переход в в в, в результате чего будет достигнуто равновесное состояние сплава с минимальной свободной энергией.

При высоких (закалочных) скоростях охлаждения и степенях переохлаждения в некоторых сплавах типа твердых растворов замещения (алюминиевых, медных, никелевых и др.) образуются особого рода метастабильные фазы, представляющие собой локальные зоны с повышенной концентрацией легирующего элемента. Из-за различия в атомных диаметрах металла-растворителя и легирующего элемента его скопление вызывает местное изменение межплоскостных расстояний. Эти зоны называют зонами Гинье-Престона (ГП). Учитывая то, что тип решетки не изменяется, зоны ГП часто называют предвыделе-ниями. Они имеют форму тонких пластин или дисков и размеры порядка 10--10-2 мкм. Границы их раздела полностью когерентны. Поэтому поверхностная энергия зон пренебрежимо мала. У зон малого размера энергия упругих искажений решетки также мала. Поэтому энергетический барьер для их зарождения весьма не велик. Зоны ГП зарождаются гомогенно на концентрационных флуктуациях. Особенностью образования зон ГП является быстрота и безинкубационность их возникновения даже при комнатной и отрицательной температурах. Это обусловлено повышенной диффузионной подвижностью легирующих элементов, которая связывается с пересыщением сплава вакансиями при закалке.

Процессы выделения зон ГП, метастабильной и стабильной фаз характеризуются своими С-образными кривыми в координатах температуры - время (рис. 5.7). Каждому виду фазы соответствует своя температура сольвуса, ниже которой происходит

их выделение (7гп<Гв<7"е). При Г<Ггп выделение происходит в очередности П, 9 и 9. При этом возможно независимое образование фаз, а также зарождение на ранее образо-ванной\фазе (9 на ГП, 8 на 9) или прямое превращение менее стабильных выделений в более стабильные. При больших степенях переохлаждения распад твердого раствора может про-должатьдя длительное время, иногда месяцами и даже годами. Процесс выделения мелкодисперсных избыточных фаз (зон ГП и 9) в с1льно переохлажденных растворах называется естественным старением или дисперсным упрочнением. Примером может служить термическая обработка А1-Си-Mg сплавов (дур-алюминов) закалка и естественное старение. В результате образуются зоны ГП, обогащенные Си и Mg, и фазы типа CuMgAb.

Выделение фаз из закаленных пересыщенных твердых растворов существенно ускоряется при их нагреве. Таким процессом является искусственное старение. Ориентировочно температура искусственного старения Гст для получения максимальной

прочности и твердости: Гст «(0,5-0,6) Гпл К, где Гпл - температура плавления металла.

Нагрев свыше Гст приводит к перестариванию. При этом прочностные свойства снижаются, а пластические свойства продолжают слабо снижаться. Последнее вызвано укрупнением (коагуляцией) частиц фаз и уменьшению их числа в единице объема. Другой процесс при перестаривании - переход мета-стабильных фаз в стабильные и замена когерентных границ раздела некогерентными.

Старение закаленных сплавов также называют термическим (закалочным). Существует еще разновидность старения, называемого деформационным. Деформационное старение развивается после холодной деформации при последующей выдержке при комнатной температуре и особенно при нагреве до невысоких температур (например, для технического железа до 470 К). Деформационное старение возможно как в слабо пересыщенных, так и равновесных сплавах типа твердых растворов внедрения, в которых не имеет место закалочное старение (например, в железе с содержанием углерода менее 0,006 % и азота менее 0,01 %). Механизм деформационного старения отличен от закалочного. Деформационное старение связано не с выде-

Рнс 5 7 с образные кривые распада пересыщенных твердых растворов в стареющих сплавах Tq, Tq 7"р-температуры, ниже которых возможно образование 9, 6, 6 и ГП фаз, / - время старения