18. Дефекты легированных сталей перлитного класса.

Стали перлитного класса характеризуются малым содержанием легирующих элементов.

Для сталей перлитного класса кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает область перлитного распада, поэтому образуются структуры перлита, сорбита или троостита.

К перлитным относятся углеродистые и низколегированные стали (менее 5 % легирующих элементов). Их структуры соответствуют диаграмме состояния Fe–Fe3C.

По назначению перлитные стали делятся на конструкционные и инструментальные.

На этапе металлургического производства при выплавке стали, в процессе кристаллизации литых заготовок, в процессе нагрева при производстве заготовок методом горячей обработки давлением возникает ряд дефектов структуры. Дефекты могут возникать также при термической обработке стали.

Техническими условиями на изготовление сталей предусмотрен контроль на наличие дефектов. Контролируемые параметры структуры зависят от качества стали, ее химического состава и назначения и регламентируются соответствующими стандартами (п. 1.1).

В табл. 1 сведены все возможные контролируемые параметры структуры, которые предусматриваются ГОСТами на углеродистые и легированные стали перлитного класса. В ней содержатся сведения о подготовке образцов и условиях их контроля.

Обезуглероженный слой (рис. 6, а, б)– дефект, являющийся результатом химических реакций, происходящих при нагреве стали между поверхностным слоем металла и кислородом окружающей среды. Опасен тем, что в структуре на поверхности содержит повышенное количество феррита с низкой твердостью и служит источником зарождения трещин (рис. 6, б). Это оказывает влияние на конструктивную прочность изделий, обуславливает необходимость увеличения припусков для последующей механической обработки. Особенно опасно обезуглероживание для инструментов, штампов, пружин, а также для деталей машин.

Размер зерна – это важнейшая структурная характеристика, т.к. она определяет ударную вязкость стали. Оценивается в баллах

Если доэвтектоидная сталь была нагрета до температуры, значительно выше критической точки Ас3, например до 1000 – 1100˚С, т.е. перегрета, то происходит значительный рост зерен и при последующем медленном охлаждении образуется либо ферритная сетка, например в литой структуре, либо так называемая видманштеттова структура (рис. 7, б), характерная выделением феррита в виде крупных игл (пластин), расположенных внутри перлита под углом друг к другу с образованием треугольников.

Различают два дефекта, связанных с крупным зерном:

-перегрев – дефект, являющийся следствием нагревания стали до температуры намного выше критической или чрезмерно большой выдержки при заданной температуре. Перегрев исправляют повторной термообработкой с нагревом выше критических температур;

-пережог – этот дефект возникает, если сталь нагревают до температуры, близкой к началу плавления. Пережженное изделие – очень хрупкое, так как оно имеет оплавленные кромки и по границам зерен окислено. Пережог – неисправимый брак.

Недогрев доэвтектоидных сталей тоже опасен, характеризуется разнозернистостью (рис. 7, а). Недогрев – дефект, образующийся при

нагревании стали до температуры ниже критической линии Ас3, что приводит к снижению ее прочности, твердости и пластических свойств. Этот дефект устраняется отжигом или нормализацией с последующей повторной упрочняющей термической обработкой.

Неоднородность структуры – это строчечность в доэвтектоидных сталях (рис. 8, а, б), карбидная сетка, карбидная ликвация в заэвтектоидных сталях (рис. 9, а, б). Она приводит к анизотропии механических свойств.

Строчечность – это вытянутые в направлении холодной деформации полосы, состоящие из преимущественно феррита и перлита. Создает неоднородные механические свойства вдоль и поперек прокатки, ухудшает обрабатываемость стали резанием и вызывает массовый брак при холодной штамповке. Особенно вредна строчечность, связанная с неметаллическими включениями, обычно сульфидами, а также в результате ликвации фосфора (рис. 8).

Карбидная сетка и карбидная ликвация – это дефекты заэвтектоидных сталей, которые возникают в результате отклонений от режима неполного отжига (рис. 9, а, б). Снижают ударную вязкость сталей. Исправляются нормализацией. Стандартами на заэвтектоидные стали этот

Микроструктура перлита в доэвтектоидной стали считается нормальной, если она имеет мелкозернистое строение (табл. 1). При недогреве во время отжига сохраняется часть тонкопластинчатого перлита (рис. 10, а), а при перегреве образуется структура крупнопластинчатого и зернистого перлита (рис. 10, б). Если же отжиг не доведен до конца, то образуется смешанная структура.

Неметаллические включения – это дефект металлургического производства (рис. 11). В сталях всегда присутствует некоторое количество частиц оксидов, сульфидов, фосфидов, нитридов и карбидов.

Степень влияния включений на свойства металла зависит от целого ряда их количественных характеристик, изучение которых является одной из важнейших областей металлографии. В сталях присутствуют неметаллические включения различного состава и характера, наряду с простыми соединениями встречаются включения сложного характера и комплексного соединения.

По химическому составу включения принято классифицировать

на:

1)простые окислы;

2)сложные окислы (шпинели);

3)силикаты;

4)сульфиды;

5)фосфиды;

6)нитриды.

Неметаллические включения опасны тем, что около них происходит концентрация напряжений и начинается разрушение металла. Наиболее опасны здесь хрупкие, твердые, не поддающиеся деформациям включения, например, окись алюминия (Al2O), хрупкие силикаты и т.д.

Пористость (рис. 12) – это тоже дефект металлургического производства. Влияет на характеристики прочности.