ЗАО «Камышинский литейно-ферросплавный завод»

 ПРИРОДА ВЫСОКОЙ ТВЕРДОСТИ ЗАКАЛЕННОЙ СТАЛИ


При закалке стали возникают два рода структурных особенностей, присущих закаленной стали. Во-первых, в результате мартенситного механизма роста кристаллов образуется характерная микро - и субмикроструктура: большое число пластинок мартенсита внутри каждого аустенитного зерна ; субмикроскопические размеры областей когерентного рассеяния внутри этих пластинок; неоднородная упругая деформация пластинок; закономерная кристаллоориентационная связь, обусловливающая сохранение определенной роли исходного аустенитного зерна в поведении закаленной стали. Структурные изменения первого рода вызывают в отношении поведения металлов под нагрузкой такой же эффект, как и холодная пластическая деформация. Закаленное легированное железо и закаленное чистое железо, если при их закалке осуществляется мартенситное превращение в чистом виде, имеют прочностные характеристики, близкие к тем, которые приобретают эти материалы в отожженном состоянии при высоких степенях холодной пластической деформации. В этих материалах при закалке, в результате мартенситного превращения, происходит, как и при холодной пластической деформации, изменение только микро - и субмикроструктуры, без изменения химического состава а - фазы. Свойства кристаллов а - фазы в малых объемах остаются неизмененными.
При закалке же стали, наряду с возникновением такой же микро - и субмикроструктуры, изменяются и свойства самих кристаллов а - фазы, поскольку меняется их химический состав, вследствие образования пересыщенного твердого раствора углерода в а - железе. При этом сильно возрастает сопротивление деформации самих кристаллов —повышается предел их упругой деформации. Более высокое сопротивление деформированию кристаллов мартенсита стали, чем кристаллов а - железа, обязано, очевидно, присутствию атомов углерода, внедренных в решетку железа.


Высокий предел упругой деформации самих кристаллов мартенсита и является основным фактором, обусловливающим высокую твердость закаленной стали. Это свойство кристаллов мартенсита, содержащего в твердом растворе углерод, определяет специфику свойств закаленной стали. Она отличается значительно большей твердостью, чем холоднодеформированное железо или железо, закаленное на мартенсит.
Роль свойств кристаллов мартенсита в сопротивлении закаленной стали пластическому деформированию отчетливо проявляется уже при рассмотрении закаленных малоуглеродистых сталей. На рис. 9 представлена связь между твердостью закаленной стали и величиной упругой деформации кристаллов мартенсита, определенной из размытости линий для сталей с содержанием углерода в пределах от 0,03% до 0,12% С. Пропорциональность между твердостью и величиной упругой деформации можно было бы трактовать как влияние на твердость самих упругих деформаций микрообластей. Однако, как показали специальные исследования, такие свойства, как предел текучести и твердость сплавов, остаются неизмененными при изменении микронапряжений в широких пределах, если не изменяется микро - и субмикроструктура металла. Существование указанной зависимости определяется тем, что измеряемые по ширине линий микронапряжения характеризуют сопротивление самих кристаллов мартенсита пластическому деформированию.


Представления о роли, какую предел упругости деформации кристаллов в микрообластях играет в прочности металлов, упрочненных путем закалки на мартенсит или с помощью холодной пластической деформации, —были подтверждены при исследовании упрочнения железокремниевых сплавов. На рис. 11 показано, что твердость и величина микронапряжений
холоднодеформированных сплавов растут при увеличении содержания кремния параллельно росту твердости отожженных сплавов.