щих процессов сварки. Кроме того, большинство исследователей при рассмотрении влияния параметров термических циклов на процессы структурообразования в сталях при сварке ограничиваются рассмотрением процессов а у-перехода. Максимальные температуры нагрева при этом не превышают 1350 °С. Поэтому данные таких исследований не могут быть привлечены для анализа механизма и кинетики процессов, протекающих в сталях, претерпевающих перитектическое превращение непосредственно в зоне сплавления, т. е. в интервале 1350 °С — *пп. Отмеченное особенно важно для сталей с пониженным содержанием углерода (например, бесперлитных) и низколегированных сталей, легированных Мо и Сг.

Наиболее полно к настоящему времени исследовано состояние фаз в участках IV—VI и недостаточно — в участках // и /// (см. рис. 5.1, в). Отмеченное объясняется в первую очередь трудностями, возникающими при анализе фазовых превращений в интервале ^ил — 1350 °С, так как в этом случае наряду с твердыми фазами присутствуют жидкие фазы. Для таких систем практически отсутствуют аналитические методы анализа, а экспериментальные крайне ограничены и не позволяют определить кинетических параметров фазовых превращений в области у - 6 -■ у превращений при наличии жидких фаз.

5.2. ФАЗОВЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ ПРИ ОХЛАЖДЕНИИ

Важнейшими фазовыми превращениями аустенита при охлаждении являются перлитное, бейнитное (промежуточное) и мар-тенситное. Изучению кинетики и механизма этих превращений посвящены работы М. Е. Блантера, А. П. Гуляева, Г. В. Кур-дюмова, Б. Я- Любова, А. Л. Ройтбурда, М. X. Шоршорова, М. Инагаки, Р. Кана, Дж. Кристиана и др.

Реализуемый в конкретных условиях термообработки или сварки тип превращения предопределяется двумя основными факторами: термодинамическим стимулом и степенью развития релаксационных процессов. По данным работы [35], система в процессе превращений аккумулирует упругую энергию из-за различий кристаллических структур и удельных объемов исходной и конечной фаз. При этом энергетический баланс системы определяется как накоплением упругой энергии, так и релаксацией. Причем в случае образования когерентных границ исходной и конечной фаз роль поверхностной энергии значительно меньше, чем упругой. При возникновении некогерентных границ соотношение указанных энергий обратное. Необходимо также учитывать вклад в энергетический баланс системы дефектов кристаллического строения, растворенных атомов примесных элементов, неметаллических включений. Механизм влияния перечисленных факторов требует дальнейшего изучения. Поэтому не случайно, что до настоящего времени все еще отсутствует единая теория полиморф-76

В00

600

1,00

ных превращений в сталях под воздействием термических циклов сварки и термической обработки.

Мерой энергетических барьеров, которые преодолеваются атомами при их перемещении в процессе полиморфных превращений является энергия активация. По данным работы [35], энергия активации диффузии углерода в аустените, составляющая 116—121 кДж/моль, повышается в присутствии Сг, Мо, W до 150—162 кДж/моль. Причем энергия активации диффузии указанных легирующих элементов в аустените составляет 250—333 кДж/моль. Энергия активации самодиффузии железа при введении в сталь 4—8 % Сг возрастает от 283 до 312 и 375 кДж/моль соответственно.

Фазовые превращения при термической обработке сталей и их сварке протекают в переменных температурно-времен-ных условиях, поэтому для анализа их кинетики целесообразно использовать диаграммы анизотермического превращения аустенита (рис. 5.2, о), а для анализа состава конечных структур — структурные диаграммы (рис. 5.2, б). Схематизация, принятая на рис. 5.2, позволяет определить такие важные параметры, характеризующие кинетику процесса у -*■ a-превращения, как длительность охлаждения до появления в структуре бейнита (тс), феррита (тф), перлита (тп) и сопоставить их с длительностями охлаждения т600_500 и т800_БОО, соответствующими заданным термическим циклам сварки.

Различают нормальный, сдвиговый (мартенситный) и промежуточный механизмы полиморфных превращений. При нормальном превращении, характерном для ферритного и перлитного У -*■ a-переходов, кристаллы новой фазы образуются в результате неупорядоченных процессов перемещения атомов через границы исходной и новой фаз.

Линия А Ф на диаграмме (см. рис. 5.2, а) характеризует начало распада переохлажденного аустенита с выделением феррита. Феррит представляет собой твердый раствор углерода в a-Fe. Растворимость углерода в a-Fe максимальна (0,02 %) при 723 °С, а при нормальной температуре снижается до Ю-2 %.

1.1 2.1,3 6 12 182030 60 120тш-,т,с дремя охлаждения б)

Рис. 5.2. Диаграмма анизотермического превращения аустенита (а) и структурная диаграмма (б) низколегированной стали 15ХГ