Основы металлографии и пластической деформации стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Основы металлографии и пластической деформации стали

(рис. 4.31, а). В новых крупных зернах видны остатки старых границ, а также полигональная субструктура (рис. 4.31, б).
...
Горячекатаные трубы из аустенитных нержавеющих сталей 12Х18Н10Т, 10Х18Н9, 20Х18Н10Т подвергают высокотемпературному отжигу при 1000—1200 °С. В процессе нагрева внутри зерен аустенита происходят перераспределение и аннигиляция дислокаций, миграция субграниц, сопровождающаяся их «рассыпанием» (рис. 4.32, а). В результате субзерна коалесцируют, а дислокации, ушедшие с субграниц при их рассыпании, частично аннигилируют либо уходят к стокам. Зерна постепенно очищаются от дислокаций и субграниц. Собирательная рекристаллизация, как и в описанных выше случаях, подавляется. В стали развивается вторичная рекристаллизация.
...
В процессе миграции границы могут освобождаться от атомов примесей, дислокации при этом покидают границы. Таким образом, большеугловые границы зерен генерируют дислокации и дислокационные группы, а сами расщепляются на специальные и двойниковые границы (рис. 4.32, б).
...
Особенностью вторичной рекристаллизации в аустенитных сталях является то, что она сопровождается образованием двойников отжига. Растущие двойники имеют в сечении вид пластин с прямыми
...
Рис. 4.32. Микроструктура аустенитной стали 12Х18Ш0Т после горячей деформации
...
и параллельными, когерентными или ступенчатыми некогерентными границами. Зародыши двойников отжига представляют собой пакеты дефектов упаковки, имеющие в ГЦК решетке малую энергию. Двойники генерируются межзеренной границей и скользят в плоскостях {111} рекристаллизованного аустенита. Рост двойников связан с появлением новых дефектов упаковки и происходит путем миграции некогерентной границы. Формирование некогерентных двойниковых границ сопровождается уменьшением дефектности границ зерен и их расщеплением.
...
Структура горячекатаной аустенитной стали после рекристаллизации показана на рис. 4.32, в. В процессе длительной выдержки стали при температуре отжига возможен аномальный рост зерен, способствующий нежелательному огрублению структуры. В мелкозернистой стали появляются крупные зерна, внутри которых видны оставшиеся мелкие зерна, а также большое количество двойниковых и специальных границ (рис. 4.32, г).
...
При изучении развития рекристаллизации сталей аустенитного класса 12Х18Н10Т, 12Х18Н12Т, 08Х16Н9М2, 10Х17Н13М2Т наблюдается повторное измельчение зерен, проходящее после завершения первичной и вторичной рекристаллизации и не связанное с дополнительной деформацией — вторая рекристаллизация. Выдержка стали при высоких температурах (1150—1200 °С) в течение 4—6 ч приводит к образованию в крупнозернистой структуре новых мелких зерен, которые появляются вначале в тройных стыках зерен, а затем постепенно охватывают объем отдельных зерен и всего образца. При увеличении времени выдержки новые мелкие зерна растут до определенного размера, затем измельчение зерен повторяется. Средний размер зерен в течение отжига постоянно изменяется. Процесс измельчения зерен носит циклический характер. Интервалы между циклами и их продолжительность зависят от химического состава стали, а также режимов деформации и отжига. При уменьшении степени деформации число циклов увеличивается, а амплитуда изменения среднего размера зерен уменьшается.
...
Механизм второй рекристаллизации стали до конца не ясен. Полагают, что причинами второй рекристаллизации могут быть повышенная плотность дислокаций в зернах после вторичной рекристаллизации, а также перераспределение карбидных частиц, связанное с их диссоциацией, сфероидизацией и коалесценцией и сопровождающееся генерированием и перемещением дислокаций. Большую роль в процессе циклической рекристаллизации играет расщепление границ.
...
Измельчение зерен в результате второй рекристаллизации способствует улучшению прочностных и пластических свойств стали. Изменяя время выдержки при отжиге жаропрочных нержавеющих сталей, можно регулировать размеры зерен в широком интервале.
...
дефекты носят локальный характер, но могут располагаться по всей поверхности. Закаты представляют собой смещения или завороты стали (рис. 4.33, б). Они могут появляться при закатывании усов, возникающих в случае переполнения предыдущего калибра или облоя на слитке.
...
К поверхностным дефектам стали относятся язвины, формирующиеся при неравномерном травлении поверхности стали (рис. 4.33, в), а также темные и светлые пятна и полосы. Анализ темных пятен показал, что вдоль направления деформации раскатана посторонняя фаза, выступающая над поверхностью стали (рис. 4.33, г). Это частицы разрушенной футеровки нагревательных печей, вкатанные при прокатке в сталь. Появление светлых полос на поверхности стали обусловлено вскрытием сотовых пузырей при нагреве слитков перед деформацией и окислением их поверхности.
...
При нарушении технологии шлифовки деформирующего инструмента возможно появление участков с рифленой поверхностью, сопровождающееся образованием трещин и даже сквозных разрывов (рис. 4.33, д).
...
Деформированная сталь может иметь специфические дефекты, характерные для данного вида изделий. Например, рваная кромка на полосе (рис. 4.33, е) формируется при разрывах по кромкам из-за нарушения технологии прокатки или в результате потери пластичности стали в местах скопления оплавившихся в процессе деформации сульфидных включений.
...
К специфическим поверхностным дефектам штампованных изделий относятся складкообразование и заковы. Складкообразование представляет собой трещины, проходящие в местах перемены сечения и по внутренней поверхности кольцеобразных выступов. Оно может быть вызвано встречным движением стали в штампе, несовпадением форм исходной заготовки и полости штампа. Заковы — это складки, образующиеся на особо опасных местах изделий и направленные по контуру штамповки. При холодной штамповке деталей простой и особенно сложной конфигурации из листового проката часто возникают разрывы. Им способствуют такие дефекты структуры холоднокатаной листовой стали, как неметаллические включения, разнозернистость, наличие крупных частиц цементита, неоднородность химического состава, а также наличие поверхностных или внутренних дефектов листов.
...
Внутренние дефекты. К распространенным внутренним дефектам деформированной стали относятся расслоение, флоквны, трещины. Расслоение представляет собой грубое нарушение сплошности (рис. 4.33, ж). Причинами расслоений могут быть дефекты сталеплавильного происхождения — остатки усадочной раковины, газовые пузыри, неметаллические включения.
...
Флокены — это разрывы круглой или эллиптической формы с блестящей поверхностью разрушения. Они формируются вследствие скопления в микрообластях водорода.
...
В центральной области стальных изделий могут образоваться многочисленные тонкие трещины по границам первичных зерен, вызванные неравномерным прогревом, наличием ликвации легкоплавких
...
элементов или карбидной ликвации. При деформации слитков сложно-легированных и высокоуглеродистых сталей, имеющих внутренние термические трещины, последние в процессе прокатки не завариваются, а наоборот, раскрываются, образуя полости, которые называют «скворечниками».
...
В случае недостаточной пластичности стали и неблагоприятных температурно-скоростных условий при косой прокатке в центральной части трубной заготовки возникают напряжения, приводящие к так называемому «центральному» разрушению- Трещины появляются в местах структурной неоднородности (рис. 4.33, з). Для предотвращения центрального разрушения при прокатке труб необходимо строго соблюдать температурно-скоростные условия деформации и определенный угол подачи. Это позволит получить равномерную субзеренную структуру стали.
...
В деформированных сталях иногда обнаруживают термические трещины, которые образуются под действием напряжений, возникающих при быстром и неравномерном нагреве и резком или неравномерном охлаждении стали после деформации. При увеличении скорости охлаждения проката создается большая разность температур в центре и на поверхности изделия, что приводит к развитию значительных термических напряжений. В начале охлаждения поверхностные слои испытывают напряжения растяжения, а внутренние — сжатия. При дальнейшем охлаждении уменьшение объема средней части изделия сдерживается более остывшими наружными слоями. Поэтому первыми возникают наружные дефекты, а затем — внутренние. Особенно часто термические трещины образуются в высокоуглеродистых и высоколегированных труднодеформируемых сталях. Структурные напряжения появляются в результате неодновременных структурных и фазовых превращений, обусловленных разностью температур по. длине и сечению прокатанного изделия.
...
Если напряжения при пластической деформации, а также термические и структурные напряжения совпадут по знаку, то суммарное напряжение может достичь значительной величины. В пластичной стали оно релаксирует путем микросдвигов, в малопластичной — при образовании трещин. Чем выше скорость охлаждения, тем больше вероятность появления трещин. В местах интенсивного охлаждения чаще всего формируются мелкие продольные трещины. Склонность к трещинообразованию возрастает в грубозернистой стали.
...
Дефекты микроструктуры деформированных и отожженных изделий могут образоваться при всех способах деформации. Поверхностное обезуглероживание происходит в результате взаимодействия углерода, содержащегося в стали, с кислородом или водородом окружающей среды. Обезуглероживание может быть следствием слишком длительной выдержки стали при высоких температурах, попадания в печь обезуглероживающей газовой атмосферы, наличия окалины на поверхности. Этот вид дефектов обнаруживается микроструктурно и химическим анализом (рис. 4.34). В низкоуглеродистой стали с феррит-ной структурой в поверхностном слое при обезуглероживании растут зерна (рис. 4.34, а), в сталях с более высоким содержанием углерода возникает ряд переходных структур (рис. 4.34, б), что приводит к
...
уменьшению прочности, твердости металла, снижает его сопротивление деформации и износу. В некоторых случаях поверхностное обезуглероживание полезно. Например, низкоуглеродистую холоднокатаную листовую сталь отжигают во влажном водороде для улучшения штам-пуемости, трансформаторную — в водороде или вакууме для повышения магнитных свойств.
...
Очень распространенным дефектом является полосчатая, или строчечная, структура деформированной стали. Существует несколько причин возникновения этого дефекта (рис. 4.35). При наличии в
...
Полосчатость горячекатаной стали может быть обусловлена окончанием прокатки в межкритическом интервале температур. Если доэвтектоидную сталь прокатать в интервале температур Аг, — Аг„ т. е. в двухфазном состоянии, в момент окончания деформации зерна аустенита и феррита будут вытянутыми. При охлаждении стали до температуры Аг, часть аустенита превращается в феррит, а после прохождения через точку ЛГ] оставшийся аустенит распадается на перлит. При этом вместо вытянутых зерен аустенита образуются феррит и перлит. Зерна избыточного феррита остаются вытянутыми. Полосчатая структура в доэвтектоидной стали может возникнуть из-за
...
Рис. 4.34. Поверхностный обезуглероженный слой в листах из сталей 08кп
...
Полосчатость доэвтектоидной стали уменьшается в результате длительного гомогенизирующего отжига при температуре 1250— 1300 °С, во время которого можно частично устранить ликвацию.
...
При горячей прокатке заэвтектоидной стали и легированных сталей карбидного и ледебуритного класса в интервале температур Лст — Аг< в процессе холодной прокатки может возникнуть карбидная полосчатость как результат дробления вторичного или эвтектоидного цементита и расположения его в строчки в направлении прокатки (рис. 4.35, в). Полосчатость такого типа называется карбидной
...
Структурный дефект — цементитная сетка образуется в заэвтектоидной стали при формировании вторичного цементита или карбида в ьиле грубых выделений на границах аустенитных зерен Чем выше в стали содержание углерода и медленнее охлаждение, тем грубее
...
Рис. 4.35. Полосчатые структуры деформированной стали
...
цементитная сетка. Возникает этот дефект в случае окончания горячей деформации стали при температуре выше Аст
...
ствие в структуре стали зерен разных размеров, что приводит к неоднородности свойств. Следует различать разнозернистость, связанную с ликвационными явлениями, т. е. с неоднородным распределением примесей, карбидных и карбо-нитридных включений, задерживающих рост зерен при горячей деформации или отжиге, и обусловленную наследованием неоднородности литого состояния, неравномерностью распределения температуры и деформации по толщине заготовки. В местах с очень мелкими зернами микротвердость стали повышается. Зоны с мелкозернистой структурой вытягиваются в направлении деформации.
...
Разнозернистость деформационного происхождения зависит от температурно-скоростного режима деформации, величина зерен в стали и степень их размерной однородности определяются температурами нагрева стали перед деформацией и окончания деформации, а также степенью деформации (суммарной и в последней клети, если прокатка осуществляется в несколько проходов).
...
Пластическая деформация всех видов неравномерна по сечению и вдоль оси деформируемого изделия. В очаге деформации возникают зоны, в которых степени деформации колеблются в довольно широком интервале и могут быть ниже критических, критическими и выше критических. Такая неоднородность деформации стимулирует рост зерен в процессе динамической и статической рекристаллизации.
...
В структуре горячедеформированной стали могут наблюдаться зоны крупных слабодеформированных и нерекристаллизованных зерен, участки с рекристаллизованными зернами, претерпевшими первичную, собирательную и даже вторичную рекристаллизацию, области с измельченными зернами. При последующей холодной деформации сталь сохраняет эту неоднородность, которая усугубляется неравномерным развитием холодной деформации и проявляется при отжиге. В участках, претерпевших холодную деформацию со степенями выше критической, образуется нормальная зеренная структура; в зонах, где степень деформации соответствовала критической, вырастают крупные зерна.
...
В дозвтектоидной стали, прокатанной в интервале температур АСг — АС1, т. е. в двухфазной аустенитно-ферритной области, также проявляется разнозернистость структуры. Причиной ее является разная скорость динамической и статической рекристаллизации феррита и аустенита, причем ферритные зерна, более склонные к рекристаллизации, растут быстрее. Разнозернистость в деформированных сталях, как правило, имеет зональный характер. Она приводит к снижению прочностных и пластических свойств стали.
...
Степень блокировки дислокаций зависит от размера атмосферы, концентрации в ней атомов примеси, а также характера их распределения относительно ядра и вдоль дислокации. В процессе старения степень блокировки дислокаций постоянно изменяется вследствие непрерывного изменения плотности атомов в атмосферах. С увеличением плотности атомов азота и углерода в атмосферах в матрице возни^ кает градиент концентрации при
...
обратная диффузия атомов азота и углерода от дислокаций, устанавливающая своеобразное динамическое равновесие, когда скорость подвода атомов примеси равна скорости их ухода из атмосфер. Величина напряжения, необходимого для отрыва дислокации от атмосферы Коттрелла,
...
Явление статического деформационного старения — сложный многостадийный процесс. В общем случае могут наблюдаться следующие стадии: упорядочение в расположении атомов азота и углерода в полях напряжений дислокаций; образование атомных атмосфер у дислокаций, формирование сегрегации, когда плотность атомов примеси становится выше их плотности в атмосферах. Выделение дисперсных частиц нитрида и карбида железа и других элементов на дислокациях (рис. 4.37) и вдоль линий скольжения.
...
В результате деформационного старения на диаграмме напряжение — деформация наблюдаются зуб и площадка текучести (см. рис. 2.19). Появление зуба текучести связано с дополнительным напряжением, необходимым для отрыва дислокаций от блокирующих их атмосфер. В дальнейшем дислокации перемещаются при меньшем напряжении. Кроме того, во время скольжения разблокированных дислокаций зарождается много новых дислокаций и происходит их легкое скольжение, которому на кривой напряжение — деформация соответствует площадка текучести.
...
Влияние деформационного старения на свойства стали. Каждая из четырех стадий деформационного старения приводит к соответствующему изменению свойств стали. Количество стадий при данной плотности дислокаций зависит от концентрации атомов азота и углерода в твердом растворе, а также от температуры. Искусственное старение стали после прокатки и продолжительного естественного ста-
...
Рис. 4.37. Выделение частиц дисперсных карбидов на дислокациях
...
рения способствует дополнительному упрочнению. Максимальное повышение твердости и прочности достигается на третьей и четвертой стадиях старения, при коалесценции частиц наблюдается снижение прочностных свойств стали, т. е. явление пер
...
ково в результате искусственного старения при 200 °С в течение 1 мин, при 100 °С — в течение 3 ч и естественного старения при 20 °С в течение двух лет.
...
При определенных температурно-скоростных условиях деформации стали, если скорость деформации обеспечивает взаимодействие дислокаций с атомами азота и углерода непосредственно в процессе деформации, может происходить динамическое деформационное старение. С увеличением температуры деформации следует ожидать понижения прочностных и повышения пластических свойств, однако в этом случае часто наблюдается аномальное их изменение (рис. 4.38): в интервале температур 150—300 °С возрастают прочностные и снижаются пластические свойства стали. Это явление известно под названием синеломкости,
...
Изменение свойств, так же как и в случае, показанном на рис. 4.38, наблюдается при нагреве эвтектоидной стали после холодной деформации и закалки. Обе эти обработки способствуют созданию в стали повышенной плотности дислокаций, на которых в процессе отжига или отпуска возникают атмосферы атомов примеси, т. е. происходит статическое деформационное старение.
...
Явление деформационного старения может быть вредным и полез- , ным, в зависимости от назначения стали и технологии ее производства. Кипящие стали, не содержащие примесей, способных связать азот и углерод, не рекомендуется использовать для изготовления несущих конструкций, подкрановых балок, ферм, сооружений, мостовых конструкций и других подобных объектов, поскольку при кратковременных или длительных нагружениях может происходить старение.
...
В процессе эксплуатации конструкций в местах концентрации напряжений появляются дислокационные скопления, а имеющиеся в стали атомы азота и углерода образуют на дислокациях атмосферы. Это явление известно как старение
...
Зависимость механических свойств эвтектоидной стали от температуры нагрева
...
оно представляет собой разновидность динамического деформационного старения. При старении под напряжением дислокационные скопления преобразуются в ячеистую структуру, т. е. наблюдается субструктурное упрочнение динамически стареющей матрицы с последующим хрупким разрушением по границам дислокационной субструктуры. Динамическое деформационное старение является причиной пониженной пластичности высоколегированных сталей при горячей и теплой деформации. Статическое деформационное старение холоднокатаной низкоуглеродистой листовой стали, предназначенной для холодной штамповки, приводит к резкому снижению штампуемости стали.
...
Деформационное старение стали уменьшают, добавляя в нее сильные нитридо- и карбидообразующие элементы (алюминий, бор, титан, цирконий, хром, ванадий). Механизм их влияния состоит в том, что они связывают свободные атомы азота и углерода в стойкие труднорастворимые нитриды и карбиды. Кроме того, деформационное старение можно уменьшить, осуществляя пластическую деформацию на малую степень, например дрессировку (холодная прокатка с незначительной степенью обжатия 0,8—1,2 %), вальцовку или растяжение.
...
Эффект старения используется как один из методов значительного повышения прочности стали с помощью ТМО, состоящей в термической обработке металла и деформации его на небольшую степень. Упрочнение достигается созданием в матрице стали когерентных или некогерентных выделений упрочняющих фаз, являющихся препятствиями на пути движения дислокаций. Такой обработке подвергают машиностроительные (предварительно закаленные на мартенсит) и аустенитные жаропрочные стали.
...
Явление старения использовано при создании нового класса безуглеродистых мартенситно-стареющих сталей, содержащих, наряду с железом, 8—25 % никеля, а также молибден, кобальт, титан, алюминий и некоторые другие элементы.
...
5. Гуляев А. П. Термическая обработка стали.— М. : Машгиз, 1960.— 496 с. Є. Качество слитка спокойной стали / М. И. Колосов, А. И. Строганов, Ю. Д. Смирнов, Б. П.Охримович.— Л\.
...

Конструкционные материалы: Справочник
Основы металлографии и пластической деформации стали
Оборудование для контактной сварки постоянным током
Справочник конструктора металлических конструкций
Сварные конструкции. Механика разрушения и критерии работоспособности

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Основы металлографии и пластической деформации стали