Роль легирующих элементов
В развитии отпускной хрупкости не меньшую роль, чем примеси, играют легирующие элементы. Сплавы Fe-С, содержащие те же количества вредных примесей, что и легированные стали, не склонны к обратимой отпускной хрупкости. В железоуглеродистых сплавах сегрегация вредных примесей столь мала, что не вызывает отпускной хрупкости. В присутствии легирующих элементов (Ni, Сг и Мn) сегрегация вредных примесей резко увеличена. При этом сами легирующие элементы, не образующие равновесных сегрегации в сталях высокой чистоты, в присутствии вредных примесей сегрегируют к границам зерен (см. рис. 5, а). Следовательно, можно говорить о взаимодействии легирующего элемента и примеси в α-растворе, способствующем их совместной сегрегации. Предполагается, что если атомы примеси и легирующего элемента сильнее взаимно притягиваются, чем атомы этой же примеси и железа, то сегрегация примеси и легирующего элемента будет взаимно усилена. Именно так ведут себя Р и Ni, Р и Сг, Sb и Ni, Sb и Мn и другие пары примесь - легирующий элемент. Второй легирующий элемент может дополнительно усилить сегрегацию примеси. Например, никель и хром вместе вызывают большую сегрегацию сурьмы, чем это следует из простого сложения эффектов их раздельного влияния.
Повышение концентрации вредных примесей в приграничных слоях твердого раствора под действием легирующих добавок ослабляет межзеренную связь (So на рис. 6) и является одной из причин высокой склонности к отпускной хрупкости легированных сталей, содержащих Ni, Сг и Мn.
Рис.6. Температурные зависимости предела текучести St и сопротивления хрупкому разрушению S0 (схема)
Выделение карбида при отпуске может повлиять на кинетику сегрегации примеси. Рассмотрим это влияние на примере сплава Fe-С-Ni-Sb. Из-за того что растворимость никеля в карбиде очень мала по сравнению с его растворимостью в α-фазе, атомы никеля при выделении карбида оттесняются на границу карбид-феррит, где образуют узкий слой α-раствора с неравновесным избытком никеля, который медленно рассасывается.
Меры борьбы с обратимой отпускной хрупкостью
Основные меры борьбы с отпускной хрупкостью стали следующие: 1) уменьшение содержания вредных примесей; 2) ускоренное охлаждение с температуры высокого отпуска (выше 600°С); 3) введение небольших добавок молибдена (0,2-0,3%); 4) использование высокотемпературной термомеханической обработки.
При разработке высокопрочных сталей с большим пределом текучести целесообразно во избежание усиления отпускной хрупкости снижать допустимый предел содержания вредных примесей. К сожалению, в процессе выплавки стали не удается достигнуть очистки от основной вредной примеси - фосфора. Поэтому большое значение здесь имеет использование более чистой исходной шихты.
Быстрое охлаждение с температур отпуска выше 600°С - самый дешевый и простой способ борьбы с хладноломкостью. Однако, во-первых, он не позволяет устранить отпускную хрупкость в центре массивных изделий, и, во-вторых, при охлаждении в воде изделий с резкими переходами и отверстиями могут образоваться трещины (особенно в сталях с повышенным содержанием углерода).
Список литературы