Obrabotka Metallov 2010 No. 4

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 4 (49) 2010 42 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ стали имели структуру грубопластинчатого перли- та (отжиг при 900 о С). Электронно-лучевая закалка сталей выполнялась в Институте ядерной физики СО РАН на промышленном ускорителе электронов ЭЛВ-6 по следующим режимам: ток пучка электро- нов I = 12…20 мА; скорость перемещения образцов относительно электронного пучка v = 70 мм/с; рас- стояние от выпускного окна до образца H = 130 мм; энергия пучка E = 1,4 МэВ. Структурные исследо- вания сталей выполняли с использованием светового микроскопа Axio Observer A1m и растрового микро- скопа EVO 50 XVP фирмы «Carl Zeiss». Процесс электронно-лучевого поверхностного упрочнения сопровождается объемным вводом энер- гии во внутренние слои металла. При этом микро- объемы, находящиеся на разном расстоянии от по- верхности, нагреваются до различных температур, причем скорости нагрева и охлаждения этих микро- объемов тоже разные. Таким образом, в процессе высокоэнергетического воздействия формируется градиентная структура, каждый «слой» которой по условиям образования отличается от соседнего. Со- ответственно механические свойства этого слоя по глубине имеют существенные различия. Показано, что технологические режимы вневаку- умной электронно-лучевой закалки обеспечивают за- калку углеродистых сталей на глубину ~ 0,7…0,9 мм. Одна из основных особенностей, характерных для электронно-лучевого нагрева сталей, заключается в уменьшении величины аустенитного зерна с уда- лением от поверхности в глубь формируемого слоя (рис. 1). Объясняется это тем, что температура нагре- ва глубоколежащих слоев ниже, чем поверхностных микрообъемов. Однако даже в слоях, лежащих близ- ко к поверхности и нагретых по этой причине до вы- соких температур, из-за кратковременности нагрева размер аустенитного зерна не успевает существенно вырасти. Структура мартенсита, формируемая из мелкого аустенитного зерна, с позиции влияния на механические свойства стали является весьма благо- приятной [2–4]. Часто, реализуя методы закалки сталей, основан- ные на высокоскоростном нагреве поверхностных слоев и последующем отводе тепла нижележащим объемом, основное внимание уделяют таким пара- метрам, как скорость нагрева и охлаждения метал- ла, глубина и твердость закаленной зоны. Контроль температуры в быстро нагреваемых и охлаждаемых поверхностных слоях является очень сложной тех- нической задачей и обычно не проводится. Указан- ное обстоятельство позволяет полагать возможным нагрев поверхностного слоя до температур, суще- ственно превышающих температуру аустенизации при реализации печного нагрева стали. Повышение температуры нагрева стали способствует увеличе- нию скорости и степени растворения избыточной фазы. Однако одновременно с ускорением процесса гомогенизации аустенита проявляются и негативные факторы, связанные с ростом аустенитного зерна, перегревом и даже пережогом металла. Металлографически было обнаружено, что после обработки током I = 16 мA в структуре мар- тенсита имеют место признаки пережога материа- ла. Визуально дефект этого типа обнаруживается по наличию утолщений границ зерен аустенита. На полученных снимках дефекты зеренной струк- туры заметны в виде темных прерывистых или замкнутых выделений (рис. 2). При вниматель- ном изучении признаки пережога, выражающие- ся в повышенной травимости границ бывшего аустенитного зерна, обнаруживаются на глубине до ~ 50…100 мкм. Химический анализ подтверж- дает наличие кислорода в темных выделениях по границам зерен (рис. 3). Присутствие кислорода свидетельствует о его интенсивной диффузии при повышенных температурах с образованием тон- ких пленок окислов, которые снижают прочность зернограничного материала. Рис. 2. Образование дефектов по границам аустенитных зерен (пережог) после вневакуумной электронно-лучевой обработки Рис 1. Изменение размера бывшего аустенит- ного зерна по глубине упрочненного слоя