Глава IV. Промени в сруктурата и свойствата на стомани 5ХНМ, 3Х2В8Ф и 4Х5МФС при термоциклиране


4.2. Влияние на термоциклирането върху структурата на лазерно-уякчените слоеве

Изменението на структурата на инструменталните стомани за прес-форми за леене се предопределя от тяхната термодинамична нестабилност в процеса на термоциклиране. При лазерно въздействие чрез разтопяване на повърхностния слой се образуват зони с метастабилна структура, с различна степен на хомогенност по химичен състав и значителен фазов наклеп. Особеностите на получената в неравновесни условия на нагряване и охлаждане структура и параметрите на цикъла при термоциклиране определят характера на процесите, които протичат в различните зони.

4.2.1. Промени в микроструктурата на стопената зона

По време на циклично изменящите се със сравнително висока скорост температури и при максимална температура на цикъла от 680 ºС в зоната на стопяване се създават условия за протичане на процеси на отвръщане. Тяхната интензивност зависи от типа на отделената при различните стомани карбидна фаза - М3С при стомана 5ХНМ, М23С6 при стомана 4Х5МФС и М6С при стомана 3Х2В8Ф и от нейната склонност към коагулация и коалесценция.

4.2.1.1. Механизъм на формиране на морфологията в зоната на стопяване

Получената при неравновесното нагряване и охлаждане структура е метастабилна. Термичните напрежения по време на нагряването със сравнително висока скорост се наслагват с полето на напрежения в зоната на стопяване и сумарните напрежения може да предизвикат микропластичини деформации, които на свой ред водят до ускоряване на миграционните процеси. Освен това високите температурни градиенти в приповърхностния слой създават условия за протичане на миграция по термо-кинетичен механизъм. Наличието на Si при стомана 4Х5МФС допълнително повишава термодинамичната активност на въглерода и увеличава не само неговата дифузионна подвижност, но и тази на атомите на другите легиращи елементи. Под влияние на горните фактори започва тяхното преразпределение и се създават условия за образуване на карбиди предимно в местата с най-високи концентрации и най-изгодни от енергетична гледна точка - дефекти на кристалната решетка, граници на зърна.

Скоростта на нагряване при термоциклиране е относително висока, времето на задържане - минимално и скоростта на зараждане на карбидите ще е по-голяма от скоростта на тяхното нарастване. При следващо бързо охлаждане се запазва мартензитната структура, но с по-ниска степен на тетрагоналност и с наличие вътре в нея на фини карбидни зародиши, предимно по границите на мартензитните игли, по границите на пакетите и на границата на дендритите с мартензита (фиг.4.3а). Поради малкото време за дифузия те са със сфероидална форма. При многократно нагряване и охлаждане по посочения механизъм заедно с образуването на нови карбидни зародиши започва и тяхното нарастване предимно по направление на мартензитните игли (фиг.4.3в). В резултат на това и вследствие на получената дисперсна микроструктура след лазерно въздействие в зоната на стопяване се формира фина морфология при последващо термоциклиране.


Фиг.4.3. Схема на формиране морфологията на зоната на стопяване при термоциклиране:
след един цикъл - а), след 2 цикъла - б), след 10 цикъла - в).


4.2.1.2. Микроструктура в зоната на стопяване

В разтопената зона на стомана 5ХНМ след 100 цикъла се наблюдават светли образувания - по всяка вероятност карбиди М3С с размери около и над 1,5 mm. Поради тяхната повишена склонност към коагулация при високи температури и поради това, че сравнително едрите частици, по-големи от 1 mm, служат за бариери на движещете се дислокации и по този начин облекчават образуването на субструктура и ускоряват процесите, още в ранния етап на термоциклиране зоната на закаляване от течно състояние има сорбито-трооститна структура (фиг.4.8).



Под влияние на Si, който стимулира процесите на карбидообразуване, и на Мо, водещ до образуването предимно на карбид Cr23C6 , още след първите 10 цикъла започва неговото отделяне в зоната на стопяване на стомана 4Х5МФС. Cr23C6 има повишена склонност към коагулация, а наличието на Cr ускорява нарастването и коалесценцията на карбидите. Вероятно процесите на отвръщане започват да се развиват в началния етап на термоциклиране и водят до получаване на сорбито-трооститна структура с наличие на карбиди Cr23C6 (фиг.4.9).



След първите 100 цикъла стопената зона на стомана 3Х2В8Ф се характеризира със структура, съставена от отвърнат мартензит и карбиди (фиг.4.11). Наблюдават се множество светли образувания с размери по-малки от 1 mm, най-вероятно карбиди от типа М6С, като поради малката разделителна способност на използваната апаратура не може да бъде определен техния състав.


В началните стадии на термоцикличното въздействие започва процес на отделяне на карбиди, развиващ се със сравнително ниска скорост, вследствие понижената дифузия, предизвикана от легирането с W. Наличието на Cr в стоманите, съдържащи W, стабилизира специалните карбиди от типа М6С и забавя тяхната коагулация. Дисперсните частици затрудняват преразпределението на дислокациите, формирането на субструктура и миграцията на границите чрез бариерен механизам, вследствие на което процесите протичат с по-ниска скорост.

С повишаване броя на циклите микроструктурата в зоната на закаляване от течно състояние при 400 цикъла представлява сорбит на отвръщане за стомана 5ХНМ, докато при стомана 3Х2В8Ф тя се отличава само по развитата коагулация на карбидите от типа М6С.


« « « предходна страница             следваща страница » » »