ОСНОВНЫЕ ОПЫТНЫЕ ЗАВИСИМОСТИ

Структура закаленной стали, состоящая из двух метастабильных составляющих — мартенсита закалки и остаточного аустенита — претерпевает при нагреве ряд последовательных превращений. Существование некоторых из них хорошо обнаруживается в результате дилатометрического исследования.

Обычно нагрев металлов и сплавов приводит к непрерывному увеличению размеров в связи с термическим расширением. Однако нагрев закаленной стали позволяет уловить на кривой расширения ряд аномальных отклонений, связанных с протеканием внутренних превращений.

На рис. 143 показано изменение длины при нагреве закаленной высокоуглеродистой стали. При нагреве до 120° происходит линейное изменение длины в связи с термическим расширением.

В интервале 120—170° температурный закон изменяется: длина остается практически неизменной (участок ab). В интервале 170—230° продолжается термическое расширение. Начиная от точки с происходит аномальное увеличение длины. Третье аномальное изменение длины, связанное со сжатием при нагреве, наблюдается в интервале 300—380° (участок de). Выше этой

температуры дилатометрическое исследование не обнаруживает каких-либо отклонений от линейного закона термического расширения.

Аномальные отклонения от линейного закона расширения при нагреве связаны с протеканием при отпуске закаленной стали внутренних превращений. По классификации Г. В. Курдюмова на участках ab, cd и de происходят первое, второе и третье превращения при отпуске.

Первое превращение при отпуске связано с распадом мартенсита закалки и выделением углерода из твердого раствора. Это явление было впервые установлено в работе Г. В. Курдюмова, а кинетика процесса изучена в ряде исследований и некоторых других. Влияние температуры и длительности отпуска показано на рис. 144.

На рис. 144, а показано влияние температуры отпуска на содержание углерода в твердом а-растворе мартенсита (показанное по оси ординат уширение линии (220). линейно связано с концентрацией углерода).

Из рассмотрения следует, что уменьшение содержания углерода в а-фазе начинается при повышении температуры до 150,

200 и 250—275° для стали с 0,38; 0,20 и 0,11 % С, соответственно. Чем ниже концентрация углерода в мартенсите закалки, тем при более высоких температурах начинается его выделение из твердого раствора. Заканчивается этот процесс при температурах порядка 500°. Изменение концентрации в зависимости от времени выдержки при 150° показано на рис. 144, б. Чем выше исход

ное содержание углерода в мартенсите закалки, тем быстрее падает эта концентрация до определенного конечного содержания, тем более высокого, чем выше исходное содержание углерода.

С повышением температуры отпуска до 300° и выше увеличение времени не приводит к стабилизированному значению концентрации углерода в твердом растворе. В этом случае содержание углерода с течением времени непрерывно понижается.

Для объяснения этих явлений была использована теория распада пересыщенных твердых растворов, предложенная С. Т. Конобеевским. В связи с ограниченной возможностью диффузионного перемещения углерода при низких температурах, образующиеся карбидные частички определенной величины оказываются в состоянии коллоидного равновесия с окружающим твердым раствором. Дальнейший рост частиц невозможен, а образовавшиеся дисперсные частички карбидной фазы могут находиться в равновесии с твердым раствором высокой концентрации