Величина зерна в значительной степени влияет на свойства материалов. Для большинства металлов и сплавов с уменьшением размера зерна повышается предел прочности и сопротивление пластической деформации, улучшаются пластические характеристики, снижается порог хладноломкости [18, 76). Наиболее перспективным методом, обеспечивающим получение мелкозернистых и сверхмелкозернистых сталей, является индукционный нагрев с высокими скоростями нагрева.
В работе исследовано влияние размера зерна аустенита на склонность к хрупкому разрушению сталей 35ХГСА и 60С2. Термическую обработку сталей проводили по двум режимам, один из которых соответствовал серийной обработке, другой обеспечивал образование мелкого зерна аустенита. Серийная термическая обработка стали 35ХГСА заключалась в закалке в масле с 870° С, а стали 60С2 — в закалке в воде с 860° С. Такая обработка обеспечивала получение зерна аустенита 8 балла. Для формирования более мелкого зерна аустенита проводили повторную сквозную закалку при индукционном нагреве: для стали 35ХГСА — со скоростью нагрева 140 С до температуры 870° С, а для стали 60C2 — со скоростью 260° С до температуры 860° С; охлаждение производилось водяным душем через спрейер. После индукционной закалки зерно стали 35ХГСА соответствовало 11 баллу, стали 60С2. Отпуск проводили при следующих температурах: 150, 250, 350, 400, 500, 550, 600° С.
Для динамических и статических испытаний на изгиб изготавливали образцы 10x10x55 мм с надрезами различной формы. Для сериальных ударных испытаний надрез Менаже наносился после термической обработки при интенсивном охлаждении. Для динамических и статических испытаний с трещиной на образцы электроискровым способом наносился надрез глубиной 1 мм с радиусом закругления 0,15 мм. Усталостную трещину длиной 2 мм создавали на резонансном вибраторе (36). Испытания проводили в интервале температур -196+200° С.
При ударных испытаниях образцов с надрезом Менаже определяли ударную вязкость а_н, а на образцах с трещиной — работу развития трещины а_р. При статических испытаниях образцов с трещиной определяли максимальную нагрузку, при которой происходило разрушение образца — сопротивление разрушению Рс и коэффициент интенсивности напряжения K_1c.
Величину а_н измеряли на копре с предельным значением шкалы 15 кгс*м, а величину а_р — на копре с предельным значением шкалы 1,5 кгс*м. В табл. 2 представлены свойства сталей 35ХГСА и 60С2 при статическом растяжении в зависимости от размера зерна и темnературы отпуска. Измельчение зерна от 8-го до 11-го балла на стали 35ХГСА приводит к повышению предела текучести и предела прочности, на 10—15 кгс/мм² Измельчение зерна до 14— 15-го балла на стали 60С2 после отпуска при 250° С повышает эти характеристики на 40—60 кгс/мм². Влияние температуры отпуска и размера зерна на ударную вязкость, работу развития трещины и сопротивление разрушению стали 35ХГСА показано на рис. 4, а зависимость ударной вязкости стали 60С2 от температуры отпуска — на рис. 5.
Испытания, проведенные при комнатной температуре, показали, что склонность к хрупкому разрушению исследованных сталей в интервале температур отпуска 250 - 350°С в результате измельчения зерна уменьшается. Интересно отметить, что зависимость ударной вязкости от температуры испытаний стали 35ХГСА с зерном 11 балла имеет монотонный характер, в то время как при более крупном зерне при отпуске 350° С имеет место провал, характерный для необратимой отпускной хрупкости.