Первый способ предполагает нагрев и выдержку в области оптимальных температур полной закалки, т.е. полную фазовую перекристаллизацию, затем охлаждение вместе с печью до температуры, лежащей в межкритической области А1- A3, выдержку, необходимую для выделения избыточного феррита на вытянутых включениях сульфидов (и других неметаллических включениях) и последующее закалочное охлаждение.
Второй способ заключается в нагреве в межкритический интервал температур, выдержку, необходимую для установления α↔γ фазового равновесия, и охлаждение с критической скоростью закалки.
Целью исследования было изучение структуры, фазового состава и свойств ЕФМК. Объектом исследования была выбрана качественная доэвтектоидная сталь марки 40Х серийного производства.
Нагрев образцов осуществляли в шахтной лабораторной электропечи в тигле из жаростойкой стали с расплавом смеси хлорнатриевой и хлорбариевой солей. Температура нагрева под полную закалку и выдержка в течение 30 мин. по 1-ому способу составляла 860°С. Температура выдержки в межкритическом интервале по 2-ому способу в течение 30 мин. - 770°С. Охлаждение при закалке производилось в воде нормальной температуры. Отпуск в течение 0,5 часа при 250°С. При обработке по I-ому способу выдержка в межкритическом интервале не делалась, а при достижении температуры 770°С в процессе медленного снижения температуры ванны, производилась закалка в воде.
Изучение микроструктуры естественного композита (ЕК) показало, что образцы имеют волокнистое строение феррита и мартенсита с ориентировкой, соответствующей исходной строчечной структуре. При этом наблюдение структуры поперечных шлифов у образцов исходного материала и образцов, закаленных из межкритической области, убеждает, что волокна перлита (мартенсита) имеют поперечное сечение, близкое к округлому. Поэтому полученный композиционный материал можно отнести к типу волокнистых (не слоистых) с дискретными (не непрерывными) волокнами упрочняющей фазы.
Результаты рентгеноструктурного исследования показали, что после полной закалки структура стали 40Х состоит практически из мартенсита со средним содержанием углерода 0,40%, а после закалки из межкритического интервала температур (по упомянутому режиму) в ней присутствует до 40% феррита, остальное мартенсит с содержанием углерода ~0,66%.
При нагреве из межкритической области (заходом "снизу") образуется мелкозернистая структура высокоуглеродистого аустенита, наследуемая продуктами превращения при закалке. Выдержка в температурном интервале А1-А3 рафинирует феррит, переводя примеси в γ-твёрдый раствор, растворимость примесей в котором выше. Эти примеси, в том числе и вредные, оставаясь в мартенсите, не могут ухудшить его свойства, но очистка от них феррита резко улучшает сопротивление двухфазной композиции хрупкому разрушению.
Измерение микротвердости структурных составляющих ферритно-мартенситной композиции стали 40Х подтвердили эти предположения и показали, что вариант неполной закалки заходом "снизу" обеспечивает наиболее высокую микротвёрдость мартенсита (6800±220 МПа) из-за лучших условий для твёрдорастворного упрочнения, а пониженная микротвёрдость феррита (1500±160 МПа) свидетельствует о высокой степени рафинирования феррита при выдержке в интервале A1- A3.
Механические свойства ЕФМК стали 40X, полученного с использованием этого (2-го) варианта, по сравнению с полной закалкой и отпуска при 250оС (который производился и после закалки из межкритического интервала температур) повысились: предел прочности (σв) в 1,3 раза; относительное удлинение (δ) в 4,8 раза, а ударная вязкость (KCU) в 1,7 раза
Результаты проведенных исследований показали, что обработка доэвтектоидной стали с исходной строчечной структурой путём нагрева, выдержки и закалки из межкритической области температур позволяет получить естественный композит с дуальным строением феррит-мартенсит, который отвечает всем требованиям, предъявляемым к структуре композиционных материалов с дискретным упрочняющим волокном. При этом оказывается возможным существенно повысить комплекс механических свойств.