Obrabotka Metallov 2018 Vol. 20 No. 2

OBRABOTKAMETALLOV Vol. 20 No. 2 2018 133 MATERIAL SCIENCE цах составляла ~30 %, при этом ее количество с увеличением содержания меди не изменялось. Повышение содержания меди в исследуемых сталях сопровождается ростом дисперсности перлита – наблюдается уменьшение межпла- стинчатого расстояния и толщины цементит- ных пластин. Возможной причиной отмеченных структурных изменений является увеличение скорости охлаждения сплавов с повышением содержания меди. В свою очередь, изменение скорости охлаждения обусловлено повышением теплопроводности сплава [19]. Объясняется это тем, что теплопроводность меди в 5 раз выше те- плопроводности железа [20]. Методом ПЭМ в ферритных зернах и фер- ритных прослойках перлита легированной медью стали обнаружены частицы ε-Cu ( 3 на рис. 2), некоторые из них расположены на по- верхности цементитных пластин. В ходе структурных исследований термиче- ски обработанных образцов было выявлено, что нагрев до 800 °С не обеспечивает полной закал- ки сталей. Кроме мартенсита в структуре спла- вов в больших количествах присутствует феррит и перлит (рис. 3). После закалки с нагревом до 900 °C в структуре стали 45 присутствует мел- кокристаллический мартенсит и остаточный аустенит (рис. 4). Повышение температуры на- грева под закалку до 1000 и 1150 °C сопрово- ждается укрупнением микрообъемов мартенси- та и остаточного аустенита, огрублением этих структурных составляющих (рис. 5 и 6). Увели- чение содержания меди приводит к измельче- нию структурных составляющих в закаленных сталях, как это происходит в литых образцах (рис. 3–6). Металлографически включения ε-Cu были зафиксированы в структуре образцов, содержа- щих не менее 6 % меди. При более низком содер- жании меди включения ε-Cu металлографически в исследуемых сталях не различимы. В стали с 7 % меди зафиксированы редкие включения меди- стой фазы округлой формы размером 3…5 мкм. С повышением содержания Cu до 9 % размеры включений увеличиваются до 5…7 мкм. В ста- лях, закаленных от 800, 900 и 1000 °С, форма ча- стиц ε-Cu близка к сферической. После закалки от 1150 °С избыточная медь выделяется в виде тонких пленок. Это означает, что значительная доля меди, перешедшей при 1094 °С в жидкое состояние, была распределена по границам быв- ших аустенитных зерен. Очевидно, что такое строение материала следует считать неприем- лемым, поскольку пленочные выделения ε-Cu будут способствовать охрупчиванию стали [23]. Снимки, представленные на рис. 7, характе- ризуют влияние температуры закалки на строе- ние стали 45, содержащей 3 % Cu. После закалки от 800 °С частицы ε-меди находятся в ферритных зернах и в ферритной матрице перлита. В про- цессе нагрева образцов до 900 °С и выше медь растворяется в аустените. На стадии ускоренно- го охлаждения атомы Cu переходят в мартенсит. Результаты просвечивающей электронной микроскопии коррелируют с данными рентге- нофазового анализа образцов. На полученных дифрактограммах анализировали рефлексы, со- ответствующие основным структурным состав- ляющих меди и α-железа. Рис. 8 позволяет оце- нить фазовый состав образцов, содержащих 9 % меди после литья и закалки с низким отпуском. Закалка от 800 °С сопровождается снижением интенсивности пиков меди, что связано, вероят- но, с растворением части медистых включений в кристаллической решетке мартенсита. При увеличении температуры закалки до 1150 °С рефлексы, принадлежащие медистой фазе, едва заметны, что объясняется почти полным исчез- новением включений ε-Cu. Рис. 2. Просвечивающая электронная микро- скопия структуры литой среднеуглеродистой стали, легированной 3 % Cu: 1 – феррит; 2 – перлит; 3 – ε-Cu; 4 – Fe 3 C Fig. 2 Transmission electron microscopy of medi- um-carbon steel, alloyed with 3 wt.% of copper: 1 – ferrite; 2 – perlite; 3 – ε-Cu; 3 – Fe 3 C