Термокинетическая диаграмма распада аустенита стали 40ХГМ (AiSi 4140)

Поковки из стали 40ХГМ и ее зарубежного аналога AiSi 4140 довольно широко изготавливают на отечественных предприятиях. Сталь склонна к образованию флокенов, поэтому очень важно иметь возможность оценивать характер структуры формирующейся в ходе охлаждения для того, чтобы уточнить технологию последующей противофло-кенной обработки. Поскольку например появление бейнита и мартенсита стимулирует возникновение флокенов, то оценки структурного состояния удобно производить с помощью термокинетических диаграмм распада у-фазы.

Построение подобной диаграммы является целью настоящей работы.

Материал и методика исследования

Из промышленной поковки, состав которой представлен в табл. 1, были вырезаны цилиндрические образцы длинной 50 мм; диаметр образцов был разный от 2,5 до 4 мм для того, чтобы получить различные скорости охлаждения.

Эксперименты по охлаждению и распаду у-фазы в ходе него были выполнены с помощью дилатометра Шевенара. После установки образца на него накатывали печь с температурой 900 °C, фиксируя кривую нагрева, выдерживали порядка 30 минут, а затем охлаждали. Причем скорости охлаждения изменяли в широких пределах, применяя образцы разного диаметра и различные условия охлаждения от замедленного охлаждения с печью, у которой постепенно снижали напряжение питания, до быстрого охлаждения образца в трубке (после откатки печи) в струе воздуха от вентилятора.

Результаты исследования

Некоторые дилатограммы показаны на рис. 1. Режим охлаждения I приводит к образованию перлита. В режиме II происходит образование бейнита, а затем мартенситное превращение. Структуры образцов, охлажденных по этим режимам, приведены на рис. 2. По дилатограммам легко оп-

Таблица1

Химический состав стали 40ХГМ

№ плавки	Содержание элементов, % по массе
	С	Мп	Сг	Si	Мо	S	Р
81766	0,40	0,87	1,05	0,28	0,17	0,005	0,010

Рис. 2. Структуры образцов после дилатометрических исследований: а - перлит; б - бейнит + мартенсит

ределяются температуры начала, конца распада и превращения на 50 %. Соответствующие температуры были нанесены на кривые изменения температур со временем. За начало времени принимали момент достижения по дилатограмме температуры

А₃, как верхней температурной границы распада /-фазы.

Построенная термокинетическая диаграмма представлена на рис. 3. Она была использована для оценки характера распада у-фазы поковок раз-

Время, с

Рис. 3. Термокинетическая диаграмма распада аустенита стали 40ХГМ, используемой для производства поковок

личного диаметра (200, 400 и 600 мм) в условиях охлаждения на воздухе.

Подробные данные об изменении температур на поверхности и на оси приведены в [1]. Различие в ходе кривых охлаждения поверхности и центра наглядно проявляется в том случае, если эти кривые строить, начиная с температуры, превышающей А3, как это, например, показано на рис. 4.

Однако, учитывая тот факт, что выше А3, распад аустенита не возможен, были рассчитаны времена охлаждения поверхности и оси по отношению к моментам времени, когда температура в этих точках была равной А3 = 810 °C. Неожиданно выяснилось, что отсчитанные от А3 кривые охлаж дения осевых точек и поверхности практически совпадают (табл. 2), а это означает, что структуры распада /-фазы по сечению поковки должны быть одинаковыми.

При внимательном анализе ситуации стало ясно, что ниже 800 °C охлаждение поковок следует режиму, названному В. Кондратьевым регулярным [2]. Именно для регулярного режима для любой точки в заданном круговом сечении отношение

Г/^охл = const

Это означает, что хотя охлаждение точек поверхности и оси происходит неодинаково, но к любой данной температуре Т они подходят, имея одинаковую скорость. Поэтому, если строить кри-

Время, мин

Рис. 4. Температуры центра и поверхности поковок 0 600 мм при охлаждении на воздухе

Таблица 2

Длительность охлаждения поверхности и центра поковок разного диаметра по отношению к критической температуре начала превращения Ас3 = 810 °C, мин

Температура, °C Длительность охлаждения от Ас3 = 810 °C (тг- Т8ю°с) для поковок диаметром (мм) 200 400 600 центр поверхность центр поверхность центр поверхность 800 0 0 0 0 0 0 750 6,4 4,3 8,6 8,6 21,5 15,0 700 10,7 10,7 21,5 25,7 42,9 38,6 650 17,2 17,2 38,6 42,9 66,5 68,6 600 25,7 23,6 60,1 62,2 94,4 107,3 550 38,6 36,5 85,8 90,1 124,4 145,9 500 47,2 49,3 107,3 122,3 158,7 188,8 450 57,9 60,1 137,3 152,3 205,9 244,5 400 75,1 75,1 169,5 188,8 261,7 306,7 350 103,0 79,4 210,2 229,5 377,5 381,8 300 133,0 137,3 263,8 285,3 407,6 461,2 250 174,0 178,0 343,2 366,8 510,5 568,4 200 221,0 227,4 452,6 489,1 695,0 755,0 вые охлаждения, по отношению к И3, то для осевых и поверхностных точек они совпадут. Именно по этой причине на рис. 3 для конечного диаметра дана только одна кривая охлаждения. Судя по положению кривых охлаждения на термокинетических диаграммах для поковок диаметром 200, 400 и 600 мм превращение аустенита в процессе охлаждения на воздухе должно пройти по первой ступени и завершиться полностью.

Однако такой упрощенный анализ можно применять для превращения в основном объеме имеет два недостатка. Термокинетическая диаграмма была построена с помощью образцов, прошедших повторную аустенитизацию в печи дилатометра в отличие от самих поковок. Размер зерна у дилатометрических образцов, следовательно, был меньше, что должно сместить С-образную диаграмму влево. Второй недостаток заключается в неучете ликвационных эффектов.

Заключение

Итак, для образцов промышленных поковок стали 40ХГМ сняты дилатограммы охлаждения с различными скоростями, на основе которых построена термокинетическая диаграмма распада аустенита. Наложение на диаграмму кривых охлаждения промышленных поковок диаметром 200, 400 и 600 мм, позволило установить, что распад аустенита происходит на первой ступени, то есть образуется феррито-перлитная структура.