книги из ГПНТБ / Производство шарикоподшипниковой стали М. И. Колосов, А. И. Строганов, И. Я. Айзеншток. 1960- 21 Мб

20 Строение стального слитка

Сказанное подтверждается и авторадиографией, полученной со

слитков развесом 1,2; 2,8 и 5 т стали ШХ15 и ШХ15СГ. Получен­ ные данные по 1,2-т слитку частично были опубликованы [40]. Пробы отбирали от всех слитков из продольных темплетов на го­ ризонтах, отстоящих один от другого на 10—15% по высоте, а в поперечных направлениях у края, по оси и на середине. В табл. 3

приведены максимальные и минимальные отклонения содержа­ ния элементов от средних значений.

Максимальная сегрегация серы достигает 44% (в прибыльной части 1,2-т слитка), а фосфора—52,0%. Минимальное содер-

22 Строение стального слитка

жание примесей обнаружено в нижней части слитков примерно в зоне конуса осаждения. Ликвацию серы, фосфора и углерода необходимо учитывать при изготовлении подшипников особо от­ ветственного назначения. Положительная зональная ликвация углерода в верхней части слитка может увеличить карбидную

неоднородность, а сильно развитая дендритная ликвация приво­ дит к развитой карбидной полосчатости в прокатном металле.

Следует отметить, что определенного влияния развеса слитка на степень сегрегации элементов не установлено. Сегрегация крем­ ния, марганца и хрома находится в пределах возможных ошибок

химического анализа. Сернистые отпечатки с продольных темплетов слитков шарикоподшипниковой стали независимо от их

развеса показывают, что Сера распределяется довольно равно­ мерно.

Химическая неоднородность слитков затрудняет термообра­ ботку и последующие стадии изготовления подшипников.

Глава 3

МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ В СТАЛИ

Подшипниковая сталь, как и любая другая, в той или иной степени всегда загрязнена неметаллическими включениями, т. е.

включениями, резко отличающимися от основного металла сво­

им составом и структурой. К неметаллическим включениям от­ носятся простые и сложные оксиды, сульфиды, нитриды, карби­ ды, а также иногда фосфиды и ферриты. Классификация неме­ таллических включений отчасти зависит от методов их определе­ ния. В настоящее время применяют два способа определения включений: металлографический и электролитический. Ниже ко­ ротко рассматриваются оба эти метода в применении к подшип­ никовой стали марок ШХ6—ШХ15 и ШХ15СГ.

Металлографический метод

Металлографический метод определения неметаллических включений заключается в просмотре шлифа, приготовленного из исследуемого металла, под микроскопом. Большим достоинст­ вом этого метода является возможность определения характера расположения включений в металле.

В литературе достаточно подробно освещается вопрос при­ готовления образцов и шлифа [41, 42 и др.]. Из проката крупно­ го профиля вырезают шайбы толщиной 18—20 мм и отжигают их в течение трех часов при 750—780° с охлаждением до 600°

вместе с печью, а затем на воздухе.

Одно время на отечественных заводах образцы из шайб го­

товили двумя способами. По первому способу шайбу состраги­ вали до. толщины 15 мм и надрезали на ней взаимно перпенди­ кулярные канавки. Посл'е закалки с 840° .в воде с самоотпуском при 100—150° шайбы разламывали на четвертушки и по поверх­ ности излома готовили шлифы. Второй способ отличается от описанного тем, что шайбу разрезают на четвертушки перед за­ калкой и закаливают четвертушку [43]. Первый способ целесо­ образней, так как позволяет дополнительно определить характер излома после закалки пробы.

24 Методы определения неметаллических включений в стали

При просмотре шлифа под микроскопом иногда обнаружива­

ются микротрещины и микропоры.

Микротрещины и микропоры могут появиться и в результате перегрева слитков, что было, в частности, обнаружено на Злато­ устовском металлургическом заводе. Часть слитков одной плав­

ки стали ШХ15 нагревали в колодцах, а другую часть в методи­ ческой печи. В колодце слитки перегревались, что привело к

жет быть и в результате неправильного приготовления шлифов: применение твердых шлифовочных кругов и т. д. {44].

Металлографическим методом можно проводить качествен­

ное и количественное определения неметаллических включений.

Качественное определение включений

Цвет, форма и поведение включений при горячей обработке металла дают предварительное представление о составе включе­ ний. Изучение включений на шлифе начинают при увеличении в

90—150 раз, а затем обнаруженные включения просматривают при увеличении в 500—1000 раз.

Неоднократно предпринимались попытки подобрать реакти­ вы, которые позволили бы путем последовательного воздействия на включения определить их состав [45—47]. Однако вследствие одновременного воздействия реактивов на различные включения, а также из-за больших трудностей, связанных с осуществлени­ ем такой операции, эти попытки не увенчались успехом.

Хороший результат при качественном определении включе­ ний дает просмотр шлифа в затемненном поле зрения, а также в поляризованном свете.

Включения, встречающиеся в подшипниковых сталях, весьма разнообразны. Качественная характеристика часто встречаю­ щихся включений приведена в табл. 5 [41, 42]. Целый ряд вклю­

чений имеют близкие свойства, что затрудняет их разделение.

Поэтому при металлографическом исследовании необходимо

придерживаться определенной последовательности; просмотр шлифа при обычном освещении, в темном поле, в поляризован­ ном свете и воздействие различными реактивами.

Качественное определение включений мало применяется в за­ водской практике. Наибольшее распространение получил способ

количественного определения включений.

Количественное определение включений

Металлографические методы количественного определения загрязненности стали неметаллическими включениями основаны па предложении о равномерном распределении включений по всему объему металла. При этом пользуются двумя методами ко­ личественной оценки включений. Первый метод заключается в замере всех включений, видимых на шлифе в нескольких полях зрения. Шлифы изготавливают в направлении, перпендикуляр­ ном к направлению деформации. Для удобства включения по величине делятся на несколько групп. Путем подсчета количе­

ства включений каждой группы определяют средний индекс за­ грязненности стали, который можно перевести в весовые процен­

ты [41,42, 47—50]. Подобный способ определения загрязненности стали отнимает много времени и, кроме того, не учитывает осо­ бенности расположения и форму включений. Последнее обстоя­ тельство может иметь решающее значение для качества стали.

Поэтому гораздо большее распространение получил метод оцен­

ки включений с помощью условных шкал (эталонов). Этот спо­ соб позволяет также выявить влияние деформации на поведение

неметаллических включений. Шлифы просматривают в направле­

нии деформации при увеличении 100. В ряде стран неоднократ­ но разрабатывали эталонные шкалы. Одной из первых являет­

ся пятибалльная шкала шведской фирмы СКФ. В шкале СКФ отсутствовали эталоны пластичных и шаровидных включений.

Несколько позже была разработана шкала для пластичных

включений (шкала Эпштейна) [42, 51]. На ряде американских заводов применяли восьмибалльную шкалу хрупких и пластич­ ных включений, разработанную Шеврале [52]. Диргартен предло­

жил разбить включения на две группы — оксиды и сульфиды. Оксиды в свою очередь подразделялись на три вида: шаровид­ ные, пластичные силикаты и кристаллические. По каждому виду включений устанавливалось пять или шесть возрастающих бал­

лов [53].

Шведская шкала JK охватывает четыре группы включений:

сульфиды, хрупкие оксиды, пластичные силикаты и глобулярные оксиды. В зависимости от толщины включений каждая группа делится на две подгруппы. Каждая группа оценивается по пяти­ балльной шкале с возрастанием по величине и количеству вклю­ чений [41]. Имеется и ряд других шкал.

30 Методы определения неметаллических включений в стали

горячекатаной отожженной стали составляет 2,5 (по каждому виду включений), а по карбидной ликвации 1,5; в горячекатаной

неотожженной стали по оксидам и карбидной ликвации допус­ тимый балл 3.

Шкала по ГОСТ 1778—42 также охватывает хрупкие и пла­ стичные включения. Пластичные включения разделяются на два гида: силикатные и сульфидные. По каждому виду включений имёется пятибалльная шкала.

Рис. 7. Связь между содержанием оксидных и сульфидных включений в стали (цифры у точек — число плавок)

Недостатком обеих шкал является отсутствие в них эталонов для глобулярных включений. В связи с этим экспериментальный

научно-исследовательский институт подшипниковой промышлен­ ности разработал четырехбалльную шкалу для глобулярных включений (шкала ЭНИИП). Для каждого балла приводится два типа глобулярных включений: мелких и более крупных, однако, занимающих одинаковую площадь. Первый балл — размер вклю­ чений 22,5 ц; второй балл — 27,5 ц; третий балл — 32,5 ц; чет­

вертый балл — 40,0 ц.

В недавно принятом ГОСТ 1778—57 предусмотрено четыре типа включений: сульфиды, оксиды, глобулярные и точечные включения.

Оценка загрязненности шлифа неметаллическими включения­ ми производится методом максимального балла, среднего балла или частотограммы распределения включений по баллам. Метод максимального балла предусмотрен ГОСТ 801—47 и заключает­ ся в сравнении наиболее загрязненного данным видом включе­ ний поля зрения с эталонами шкалы.

Некоторые заводы США оценивают загрязненность макси­ мальным баллом, который повторяется н'е менее трех раз.

Метод максимального балла не дает достаточно точного пред­ ставления о загрязненности металла, так как не устранен эле­ мент случайности. Подобная оценка зависит и от количества об-

разцов. При просмотре большого количества образцов от одной

плавки, как правило, может встретиться несколько образцов с высоким баллом (рис. 8) [42]. Согласно исследованиям ЦНИИЧМ, при оценке загрязненности стали по 12 образцам в каждой плав­ ке 80% образцов имели балл 1—2, а 15—20% — балл 2,5—4,5.

1 акая же закономерность обнаружена и другими исследователя­

ми [55—56]. Даже на одном образце можно обнаружить различ­ ные баллы при нескольких переточках. Так, при трехкратных пе­ реточках образцов стали ШХ15 из круга 70 мм на Челябинском

Рис. 8. Частотограмма

загрязнения стали ок­

сидными включениями

металлургическом заводе получены следующие усредненные дан­

ные (табл. 6).

Таблица 6

Результаты определения неметаллических включений в образцах стали ШХ15

ства образцов при обнаружении в первой партии образцов брако­ вочного балла.