HomeСталь, сплавы › Нормальные примеси и их влияние на структуру стали

Нормальные примеси и их влияние на структуру стали

Нормальные примеси и их влияние на структуру сталиВыше было отмечено, что в технических, сталях неизбежно присутствуют примеси, которые рассматриваются как нормальные, если количество их не превосходит отмеченных выше пределов.

 

Свыше указанных пределов влияние этих примесей на качество сталей становится все более ощутимым и допускается в самых низких (неответственных) сортах стали или в особых случаях, когда стали нужно придать специальные свойства путем повышения содержания какого-либо элемента (эти случаи образования легированных или специальных сталей).

 

В каком бы количестве примеси ни содержались в сталях, всегда нужно помнить об их присутствии наряду с железом и углеродом и знать об их влиянии, так как оно иногда отражается на структуре и свойствах стали.

 

По влиянию на структуру сталей указанные примеси могут быть подразделены на два класса:

1) примеси, различимые в микроструктуре (видимые под микроскопом), — S и О.

 

2) примеси, не различимые под микроскопом, -Р, S, Мп. Это разделение основывается на том, что сера и кислород почти совершенно нерастворимы в твердом железе и, образуя химические соединения с металлами, выделяются в нем в виде включений, различимых под микроскопом.

Фосфор, кремний и марганец, наоборот, могут растворяться и в твердом железе в количестве гораздо большем, чем их содержится обычно в стали: поэтому, присутствуя в качестве примеси в незначительном количестве, они находятся в твердом растворе с железом и под микроскопом не могут быть различимы, если только они не соединены с S и О в виде неметаллических включений.

 

Чтобы убедиться в том, насколько указанные элементы-примеси- растворимы в твердом железе и как они относятся к железу, нужно рассмотреть диаграммы состояний, образуемые каждым из этих элементов с железом. Эти диаграммы даны в приложении II (диаграммы 1-5). Мы видим, что в диаграмме 1 почти совсем нет области существования твердого раствора Fe — S, а в диаграмме 2 (Fe — О) область твердого раствора ничтожна (до 0,05%).

 

В остальных трех диаграммах эти области значительны. В системе Fe — Р твердый раствор распространяется до 1,2% Р » » Fe- Si» » » » 14% Si

» » Fe- Мп» » » » 47% Mn

Таким образом, в последних трех случаях примеси Р, Si и Мп, содержащиеся обычно в долях процента в сталях, далеко не доходят до указанных пределов насыщения твердых растворов и, очевидно, будут находиться в растворенном виде в железе, т. е. атомы их будут распределены в решетке железа между атомами последнего. В таком случае под микроскопом присутствия этих примесей заметить нельзя.

 

Единственно в чем может сказываться их присутствие в структуре зерен железа — это в большей или меньшей внутрикристаллической ликвации. Эта ликвация, как было сказано, проявляется в разной концентрации твердого раствора во внутренних и наружных участках зерна и при травлении дает характерную дендритную структуру.

 

Ликвация проявляется тем сильнее, чем больше промежуток температур от начала до конца затвердевания сплава, и, следовательно, дендритная структура данного твердого раствора будет тем явственнее, чем больше указанный промежуток температур от начала до конца затвердевания.

 

В сплавах фосфора с железом при образовании их твердого раствора интервал затвердевания очень велик. В этом можно легко убедиться, глядя на диаграмму 3 (приложение II) и особенно сопоставляя ее с диаграммами 4 и 5, где промежутки температур затвердевания невелики.

 

Следовательно, фосфор в железе (и стали) должен вызывать сильную ликвацию и способствовать образованию резко выраженной дендритной структуры, a Si и Мп не должны проявлять этого в значительной мере.

 

Действительно, установлено, что Р является сильно ликвирующей примесью, a Si и Мп почти совсем не ликвируют. В присутствии фосфора путем специального травления 1 очень резко выявляется типичная дендритная структура железофосфори-стого твердого раствора.

 

Появление такой структуры после указанного травления служит показателем присутствия фосфора, но фосфористых включений здесь не видно. Неметаллические включения. Не то получается для серы и кислорода: оба эти элемента видны под микроскопом, но не в чистом виде (как элементы S и О), а в виде их химических соединений с железом — сернистого железа (FeS) и закиси железа (FeO),a а также отчасти в соединении с другими примесями, особенно с Мп в виде сернистого марганца (MnS) и закиси марганца (МпО).

 

Эти химические соединения как сернистые (FeS и MnS), называемые сульфидами, так и кислородные (FeO, МпО), называемые окислами, или оксидами, почти совсем не растворимы в твердом железе и выделяются в нем или в виде эвтектики, или, чаще, в виде отдельных включений разного вида и формы.

 

Для них характерно прежде всего то, что в отличие от перлита они могут быть видимы на полированном шлифе без всякого травления, потому что все они представляют неметаллические тела, подобные шлаку, почему их и называют неметаллическими или шлаковыми включениями.

 

Пример неметаллических включений на нетравленом шлифе показан на фиг. 99. Здесь они имеют вид пятнышек сероватого или зеленоватого цвета на светлом (блестящем) поле полированной поверхности шлифа.

 

Однако форма неметаллических включений может быть разнообразной. Иногда они располагаются в виде удлиненных пластинок или оболочек вокруг зерен металла, как показано

После нормального травления (слабой азотной кислотой) они остаются без изменения, но будут уже не так ясно различимы, так как наряду с ними будут присутствовать и перлитные участки.

 

Но даже и на протравленном шлифе неметаллические включения легко отличить от перлита по их характерному неметаллическому оттенку (серовато-зеленому), а отчасти по форме, если эти включения имеют округленные очертания, что большей частью и наблюдается.

 

Цвет их может иметь самые различные оттенки, вплоть до.совершенно черного. По этим оттенкам часто определяют, какого рода включение имеется. Однако это суждение не вполне надежно и определить состав включения по его виду под микроскопом довольно трудно. О методах определения природы включеяий под микроскопом см. практические руководства по металлографии.

К неметаллическим же включениям, кроме сульфидов и окислов, нужно отнести шлаки; они часто запутываются в металле при плавке и отливке. Шлаки по своей природе представляют сложные соединения (кремнекислые, фосфорнокислые и пр.), заключающие в себе сочетания окислов металлов (Fe, Mn, А1 и др.) и неметаллических элементов (Si, Р и др.).

 

Они иногда имеют собственную структуру, но часто бывают совершенно одноцветны и ничем не отличаются от указанных сульфидов и окислов, и в отношении их структуры можно сказать то же, что относилось к сульфидам и окислам.

 

Итак, влияние примесей на структуру сталей сказывается главным образом в том, что под микроскопом наряду с перлитом и ферритом (или цементитом) обнаруживаются включения или пленки, которые представляют преимущественно сернистые и кислородные соединения, а иногда шлаки сложного состава.

Article Global Facebook Twitter Myspace Friendfeed Technorati del.icio.us Digg Google StumbleUpon Eli Pets

Comments are closed.