7.2 Водород как легирующий элемент

Из проведенных до сих исследований вытекает, что водород практически не влияет на время до начала изотермического превраще­ния, зато конец превращения сдвигается в сторону более длительных выдержек. При этом во время превращения, как и при непрерывном охлаждении, наблюдается сильное выделение водорода. Температу­ра не изменяется, температура понижается. Было показано, что вследствие насыщения водородом инструментальной стали ее прокаливаемость и способность к закалке повышаются. В микроструктуре легированных сталей, подвергшихся насыщению водородом при 1200° С и закаленных в воде, обнаруживаются длинные полоски остаточ­ного аустенита, которые вызваны сегрегацией водорода. Этот факт можно было бы объяснить способностью водорода стабилизировать аустенит. В таком случае следовало бы ожидать, что вылеживание ста­ли при комнатной температуре приведет к удалению водорода из пере­сыщенного им остаточного аустенита, вследствие чего изотермическим путем образуется мартенсит. При этом еще неясно, в каком случае водо­род играет существенную роль - при незначительном содержании в стали или только при введении его преднамеренно в больших количествах. Очевидно, однако, водород действует и как легирующий элемент:

1.Повы­шает прокаливаемость стали

2.Стабилизирует аустенит.

При цементации сталей, склонных к образованию аномальной структуры, водород способствует нормальному распределению цементита. Этим объясняется то, что некоторые стали при цементации в древесном угле с карбонатом бария имеют аномальную структуру, а при цемента­ции в светильном газе, содержащем водород, нормальную. В соответ­ствии с этим находится то обстоятельство, что водород затрудняет рас­пад вторичного цементита в чугуне и благоприятствует образованию в нем перлитной структуры, а также вызывает отбеливание чугуна и даже общее затвердевание в виде белого. Таким образом, содержа­ние водорода в стали имеет особое значение. Водород влияет также на восприимчивость к закалочным трещинам и на характер действия вклю­чений, которые способны связывать водород.

7.4 Водород как причина некоторых пороков стали

Часто наблюдается, что на листах, имеющих после прокатки гладкую поверхность немедленно после травления или при последующем по­догреве, например для оцинкования или эмалирования, появляются вздутия - лист становится

Рис. 18. Травильные пузыри в стальном листе

пузыристым (рис. 18).

Под пузырями после их вскрытия большей частью обнаруживает блестящая поверхность.

Вздутия возникают преимущественно в местах плохой заварки ликвационных зон возле газовых пузырей, где имеются раковины или включения. Но Барденгейеру и Тангейзеру, вошедший при травлении в железо атомарный водород собирается под давлением в молекулярном виде в рыхлотах (шлаки, микрораковины и т. п.) или в местах, из кото­рых не может выйти наружу. Часто пузыри образуются лишь при подо­греве, особенно при больших сечениях деталей, когда давление вследст­вие расширения газа повышается, а прочность материала уменьшается.

Образование флокенов

Снижение растворимости водорода в твердой стали при понижении температуры вызывает появление других пороков, так называемых флокенов. Образование флокенов стоит в определенной связи с рассмот­ренной выше водородной хрупкостью.

Флокены представляют собой трещинки, которые образуются при охлаждении, прежде всего после горячей механической обработки, но

Х0,5 Х0,33

Рис. 19. Флокены в хромоникелевой стали.

Рис. 20. Расположение флокенов в травленом поперечном макрошлифе.

иногда они могут встретиться и в отливках. На рис. 19 показаны типичные флокены в изломе, а на рис. 20 - на макрошлифе хромоникелевой стали. Название “флокены” возникло вследствие их большей частью матово-блестящего металлического вида, которым они отличают­ся от остальной поверхности излома стали.

Флокены встречаются большей частью внутри стальных заготовок, имеющих литейные засоры или ликвационные скопления, и в тех случаях, когда затруднена диффузия водорода из слитка наружу. Во многих случаях расположение флокенов связано с напряжениями, возникающими при охлаждении/

Причинами образования флокенов следует считать:

Напряжения:

1. напряжения вследствие охлаждения;

2. напряжения вследствие превращения;

3. напряжения вследствие деформирования. Металлургические явления:

1. сегрегация;

2. шлаки;

3. газы.

Напряжения вследствие охлаждения. Маурер расчетным путем показал большую величину подобных напряжений и именно их считал существенной причиной флокенов. Если флокеночувствительную сталь после ковки или прокатки охлаждать на воздухе, то флокены возникнут; при охлаждении ее в золе или в печи она не будет иметь флокенов.

Напряжения вследствие превращения. Барденгойер считал, что в местах сегрегационных скоплений при быстром охлаждении образует­ся мартенсит при более низких температурах, и флокены возникают вследствие большой разницы в удельном объеме мартенситных ликвационных полос и окружающей сорбитной структуры.

Напряжения вследствие деформации. Эйлендер и Кисслер обна­ружили, что флокеночувствительная сталь, не имевшая флокенов после горячей обработки давлением и медленного охлаждения, оказалась без флокенов и при последующем нагреве до температуры, соответствующей концу прокатки, и охлаждения на воздухе. Отсюда они сделали вывод, что только одни напряжения от охлаждения, так же как и напряжения от превращения, не могут быть главными причинами образования фло­кенов и что остаточные напряжения от деформации при прокатке или ковке складываются с напряжениями от охлаждения и превращений и только совместно с ними приводят к образованию флокенов.

Сегрегация и шлаки. Тот факт, что однажды медленно охлажден­ные образцы стали, не имевшие флокенов, после новых нагревов и охлаждений также не обнаруживают их, означает, что шлаки и ликвационные скопления не могут быть первичными причинами флокенообразования. Эти пороки должны способствовать образованию флокенов, возникающих из-за напряжений при многократном нагревании и охлаждении.

Газы. Уайтли считает, что в плохо раскисленной стали при высо­ких температурах вследствие реакции между углеродом и кислородом выделяется под большим давлением окись углерода, что и вызывает образование флокенов.

Вообще специальные исследования показали, что ни одна из приведенных выше причин сама по себе недостаточна для объяснения флокенообразования, хотя все они могут способствовать появлению флокенов, можно лишь только отметить, что процесс образования флокенов можно представить следующим образом:

Растворенный в стали водород при затвердевании слитка остается в твердом растворе, сильно пересыщая его. В процессе охлаждения после горячей обработки водород выделяется (т.к. уменьшается его растворимость), развивая в пустотах ме­талла соответствующее давление. Если охлаждение ведется медленно и слитки не слишком велики, то имеются условия для удаления водорода без каких-либо повреждений слитка. При быстром же охлаждении диффузия не успевает пройти по всему сечению, и во внутренних слоях слитка давление водорода повышается и может быть причиной образования флокенов в интервале 200—100°С и, кроме того, развития водородной хрупкости.