HomeОбработка сталиМеханическая обработка › Структура горячеобработанной стали

Структура горячеобработанной стали

Структура горячеобработанной сталиНа основании сказанного можно заключить, что горячеобработанный металл должен быть сходен по своей структуре с металлом, подвергнутым специальному виду термической обработки, т. е. отжигу при той температуре, при которой закончилась механическая обработка.

 

На самом деле так и получается: зерна прокатанного металла оказываются такой величины, какая получилась бы, если бы отжиг производился при температуре окончания прокатки. Следовательно, и свойства такого горячеобработанного металла должны быть примерно одинаковыми со свойствами отожженного металла.

 

Но так как энергично проведенная горячая прокатка, ковка, штамповка и т. п. производят уплотнение металла и уменьшают, а иногда даже уничтожают некоторые дефекты литого металла, то горячеобработанный металл считается более «здоровым», чем необработанный — литой. Поэтому в технике ответственные изделия изготовляют больше горячей обработкой, а не фасонным литьем.

 

Однако, несмотря на это преимущество перед литым металлом, горячеобработанный металл имеет и недостаток, не свойственный литому металлу. Этот недостаток — волокнистое или слоистое строение, которое делает металл анизотропным, т. е. неодинаковым по механическим свойствам в разных направлениях, пластичность и особенно ударная вязкость металла по направлению вдоль волокон оказывается иной, чем поперек их.

 

До некоторой степени строение металла становится аналогичным строению дерева; известно, что расщепить дерево вдоль волокон гораздо легче, чем перерубить поперек.

В волокнистом горячеобработанном металле наблюдается подобное же явление, только не так резко, так в дереве. В волокнистом металле связь между волокнами также оказывается менее прочной, чем в поперечном им направлении.

 

Это наглядно выявляется при испытаниях на растяжение и на ударный изгиб образцов, вырезанных под разными углами к направлению волокон в стальной болванке. Удлинение (8%) и сужение (ф%) заметно снижаются по мере изменения угла наклона вырезки образца по отношению к волокнам; но особенно резко это наблюдается по величине ударной вязкости (ак).

 

Например, в стали, дающей величину ак порядка 9 кгм/см2, на образцах, вырезанных параллельно волокнам (вдоль них, под углом 0°, или близко к нему), ак снижается непрерывно по мере увеличения угла наклона образца к направлению волокон, и в образцах, вырезанных перпендикулярно (поперек волокон, под углом 90°), ак получается порядка всего 2 кгм/см2, т. е. вязкий материал становится относительно хрупким.

 

В практике этот факт имеет большое значение и потому при выделке изделий горячей обработкой обращают внимание на расположение волокон. Последние должны располагаться так, чтобы в наиболее ответственных местах изделия во время его работы прилагаемые усилия не «расщепляли» волокна, а перерезали их. Например, в заготовке для шестерни (зубчатого колеса), нужно, чтобы волокна шли, расходясь от центра (по радиусу).

 

Схемы а я в, изображающие расположение волокон по отношению к зубцам шестерни, ясно показывают, что первое расположение более правильное, потому что везде давление на зубцы должно перерезать волокна металла, тогда как по схеме в в некоторых зубцах давление на зубец будет расщеплять металл по волокнам. Поэтому нужно знать, как располагаются волокна в металле. Это легко определить, если сделать макрошлиф изделия и протравить его.

Итак, волокнистое строение — характерный признак горяче-обработанного металла, отличающий его от необработанного — литого металла. Естественно возникает вопрос, как получаются волокна в горячеобработанном металле? Раньше мы видели, что и в холоднообработанном (наклепанном) металле тоже наблюдается волокнистое строение.

 

Есть ли различие между волокнистостью в горячеобработанном и холоднообработанном металле? Различие есть и весьма существенное.

В наклепанном металле волокна представляют сильно вытянутые, деформированные зерна исходного металла, действительно залегающие в нем в результате холодной обработки.

 

В горячеобработанном металле таких зерен нет, так как они рекристаллизованы и превращены в мелкие недеформированные зерна как бы отожженного металла.

Волокнистое строение в горячеобработанной стали обусловливается присутствующими в металле примесями и связанной с ними ликвацией и является как бы следами бывшей волокнистости зерен деформированного металла.

 

Особенно сильно оно проявляется в железе и стали, где имеются такие примеси, как сера, кислород и фосфор, вызывающие сильную ликвацию. Как известно, сера и кислород дают включения, которые при ликвации располагаются вокруг зерен — дендритов затвердевшей стали, составляя прерывистые оболочки между этими зернами. Фосфор же дает ясно выраженную внутрикристаллическую ликвацию и характерное дендритное строение в каждом из этих зерен.

 

Это строение с большим трудом уничтожается вследствие медленной диффузии фосфора в железо поэтому зерна металла остаются всегда обогащенными фосфором на своих внешних, наружных, участках. Если теперь представим, что такие первичные зерна железа или стали, обогащенные фосфором у поверхности и с включениями на границах, подвергнутся горячей обработке, то заметим, что они сперва вытянутся, как при холодной обработке, и их границы и поверхностные слои в каждом из них также вытянутся соответственно.

 

В этот первый момент обработки сталь будет иметь волокнистую структуру холоднообработанного металла, но дальше немедленно возникающая рекристаллизация в горячеобработанном металле превратит вытянутые зерна металла в новые, мелкие, и структура наклепа исчезнет.

 

Однако те включения, которые существовали вокруг прежних зерен, уже не изменят своего расположения и останутся в тех местах, которые они занимали до рекристаллизации, т. е. они будут по-прежнему образовывать как бы вытянутые прерывистые оболочки прежних, не существующих уже зерен.

 

Подобным же образом наружные (поверхностные) слои первичных зерен, обогащенные фосфором, сперва будут вытянуты вместе с зернами, а потом, после рекристаллизации, останутся в вытянутом виде, так как диффузия фосфора в окружающие ее более чистые места не произойдет быстро.

 

Таким образом первоначальная вытянутость зерен благодаря указанным примесямвключениям и их сегрегации, как бы сохраняется, несмотря на полное перерождение самих зерен. Этим и объясняется волокнистость горячеобработанного металла.

 

Из этого следует, что волокнистость не является в сущности свойством самого металла и обусловлена главным образом его составом и загрязненностью примесями. В абсолютно чистом металле, очевидно, после горячей обработки не должно быть никакой волокнистости, и, наоборот, чем богаче металл или сплав сильно ликвидирующими примесями, тем резче в нем должна проявляться волокнистость.

 

Теперь понятно, почему свойства волокнистого горячеобработанного металла неодинаковы и металл особенно ослаблен между волокнами: между ними как раз сосредоточены Включения и места пониженной прочности, обогащей и  примесями (фосфором). 

 

В том, что включения располагаются — в одном направлении вдоль волокон, можно убедиться, рассматривая микроструктуру горячеобр-аботанного металла. Различаем в ней неметаллические включения несколько вытянутые, расположенные в ряд одно за другим, как показано, например. Здесь видна микроструктура мягкой стали (~0,3% С) с преобладающим ферритом и островками перлита; неметаллические включения отличаются своей формой и цветом и в большом количестве следуют друг за другом («цепочкой») в одном направлении.

 

Вокруг этих включений находится один феррит, образующий светлые полосы, называемые обычно светловинами.

Образование таких мест, обогащенных ферритом, вокруг включений объясняется тем, что феррит, выделяющийся из твердого раствора при охлаждении (в точке Аг3), стремится всегда расположиться вокруг включений (являющихся как бы центрами вторичной кристаллизации).

 

Там, где таких включений много, естественно сосредоточится один лишь феррит, а перлит, образующийся после, расположится поодаль. При этом после горячей обработки, если включения расположились рядами (по волокнам), феррит также следует этим рядам, а вслед за ним и перлит располагается полосами. Когда такие полосы феррита и перлита узки и встречаются в большом числе, структура напоминает строчки в книге, почему ее и называют строчечной структурой.

 

Из сказанного следует, что волокнистость и строчечная структура горячеобработанного металла обусловливаются внутрикристаллической и межкристаллической ликвацией, происходящей в пределах отдельных кристаллов.

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

Comments are closed.