Распад аустенита и свойства марганцевой стали
Несмотря на то, что аустенит в стали Гадфильда очень стабилен (при условии достаточной скорости охлаждения), в некоторых случаях, в особенности в крупных отливках, можно наблюдать признаки его распада. Распад аустенита начинается при температуре ниже 670 градусов. При температуре 550 градусов начинает появляться мартенсит. С дальнейшим понижением температуры скорость образования мартенсита увеличивается. Закалка с температурами 670 градусов и выше существенно не влияет на твердость отливок. С увеличением количества распавшегося аустенита твердость стали значительно увеличивается. Наибольшая твердость стали достигается отпуском после закалки.
Основное представление о твердости стали с многофазной структурой можно получить исходя из количественного соотношения фаз в стали, твердость которых измерялась Хвориновым и Кошелевым твердомером собственной конструкции.
Свойства марганцевых сталей. Наиболее распространенной является сталь следующего состава: 1,0 — 1,4% С: 0,4—1,0Si; 10 — 14% Мп; 0,08—0,12%Р; 0,02 — 0,04% S. Это сталь Гадфильда, содержащая в среднем 1,2% углерода и 12% марганца. В чехословацких стандартах на стали, применяемые для отливок, эта сталь обозначена маркой 422760.2; по своему химическому составу она идентична стали Гадфильда. Аналогичная сталь, но легированная 0,7 — 1,2% хрома и обозначенная в стандартах ЧСР маркой 422761.4, применяется для специальных целей.
Необходимо отметить, что механические свойства стали, полученные при определении предела прочности и ударной вязкости, не являются достаточно точными. Главной причиной этого служат трудности при изготовлении образцов для испытания ввиду того, что сталь Гадфильда не обрабатывается резанием, а обработка на шлифовальных станках может сопровождаться местными перегревами образцов, сильно влияющими на результаты испытаний последних. Поэтому в большинстве случаев такие испытания не отражают механические свойства стали при эксплуатации отливок. Отливки из марганцевой стали подвергаются проверке твердости. После отпуска в результате выделения карбидов твердость стали значительно повышается и иногда превышает 450 единиц по Бринелю.
При комнатной температуре марганцевые стали практически немагнитны. После выдержки в течение нескольких часов при температуре 550 — 600 градусов сталь становится ферромагнитной. При нагреве до температур выше 700 градусов она вновь теряет ферромагнитность. Следовательно, ее магнитный гистерезис находится в температурном интервале 600 — 700 градусов.
Немагнитная аустенитная марганцевая сталь, также как и хромоникелевая сталь, становится магнитной после холодной деформации. Это явление сопровождается появлением в структуре металла плоскостей скольжения. Гадфильд и Хопкинсон нашли, что после испытания образца на разрыв он становился слабомагнитным, его магнитная восприимчивость составляла 0,5% от магнетизма чистого железа. Появление ферромагнетизма показывает, что часть металла перешла в состояние a-железа. Поэтому можно предполагать, что аморфизация (раздробление) фазы повышает ее твердость, как это наблюдается и у других металлов. Кроме того, твердость стали повышается за счет мартенсита, который образуется при таких деформациях. Широкое применение марганцевых сталей объясняется не только их хорошей пластичностью при деформациях, но также одновременным увеличением твердости, обусловленным возникновением мартенсита и зависящим от скорости деформации. Деформация повышает твердость тем значительнее, чем медленнее она происходит.