Красноломкость и хладноломкость в сталях

Обновлено: 19.04.2024

УглеродC – идеальный раскислитель, так как продуктом раскисления будет окись углерода СО, которая легко удаляется. Чем больше в стали углерода, тем меньше требуется раскислителей.

Он является основным компонентом в стали. В ней он находится в виде химического соединение с железом, которое называется карбидом железа или цементитом. Цементит непластичен и обладает высокой твердостью.

В зависимости от содержания углерода в стали повышается:

КремнийSi вводится в сталь как активный раскислитель, то есть удаляет из стали кислород. Пониженное содержание Si указывает на недостаточную раскисленность стали. При повышенном содержании Si (от 0,3% до 0,5%):

· повышается твердость, упругость

· снижается способность стали свариваться в горячем состоянии

Cодержание Si от 1 до 3 % значительно улучшает магнитные свойства стали (динамная сталь, трансформаторная).

Содержание Si приводит к старению (потере пластичности), чтобы этого не происходило, добавляют Al.

Марганец Mn выступает как раскислитель, так как хорошо соединяется при высоких температурах с кислородом, восстанавливает железо и его окислы.

Достаточное содержание Mn свидетельствует о раскислении стали,

повышаются прочностные свойства, износостойкость.

Марганец, вводимый в жидкую сталь, реагирует с O₂ и S и образует соединения, выделяющиеся в виде включений, большая часть всплывает на поверхность жидкого металла и удаляется вместе со шлаком.

Сера S попадает в сталь из чугуна, при плавлении, в конверторах S не удаляется совсем.

Является вредной примесью, так как вызывает красноломкость, то есть хрупкость стали в горячем состоянии при ковке и прокатке.

ФосфорP также является вредной примесью; не оказывает заметного влияния на свойства стали в горячем состоянии, но при минусовых температурах вызывает хладноломкость. В холодном состоянии (при повышенном содержании P) сталь становится хрупкой.

· повышенное содержание P вредно для деталей работающих при

· повышает сопротивление стали к коррозии

· улучшает обрабатываемость автоматной стали

ХромCr в стали существенно повышает ее механические свойства, при

повышении Cr повышается сопротивляемость стиранию, износу :

· увеличивает прочность и твердость

Никель Ni применяется как легирующий элемент, благоприятно влияющий

на мех свойства стали:

· ударную вязкость, не снижая пластичности

· повышает прокаливаемость и жаростойкость

Медь Cu влияет на повышение

МолибденMo способствует получению мелкозернистой структуры;

сталь, содержащая Mo, хорошо обрабатывается.

· Mo замедляет рост зерна при нагреве

· повышает прочность стали при повышенных температурах

АлюминийAl является активным раскислителем:

· уменьшает рост зерен, делает сталь мелкозернистой, однородной

по химическому составу

· повышает твердость и прочность

· увеличивает сопротивление окислению при высоких

Ванадий V снижает чувствительность стали к перегреву;

· обеспечивает мелкозернистость стали

· повышает ее прокаливаемость

КилородO ₂ - вредная примесь:

· снижает ударную вязкость

ВодородH₂

· понижает пластичность в холодном состоянии

· повышает красноломкость в горячем состоянии

Титан Ti находит особенно большое применение при производстве

· повышает прокаливаемость стали при малых содержаниях и понижает

ВольфрамW увеличивает прокаливаемость стали, повышает сопротивление

Красноломкость и хладноломкость стали

Красноломкость-хрупкость стали, проявляющаяся при относительно высокой темп-ре в процессе ковки, горячей прокатки и при др. видах пластич. деформации. Хрупкие разрушения, связанные с красноломкостью стали, объясняются либо ослаблением границ зерен при повышенной темп-ре, либо наличием в стали довольно большого количества второй фазы, заметно отличающейся по сопротивлению пластич. деформации от основной структуры. В углеродистой и легированной конструкционной стали красноломкость обусловливается б. ч. высоким содержанием серы или др. легкоплавких примесей (напр., меди и свинца). В легированной нержавеющей стали с высоким содержанием хрома красноломкость фиксируется появлением при темп-ре деформации структуры дельта-феррита. Уменьшения красноломкости стали наряду с устранением вызывающих ее причин, в ряде случаев можно достигнуть понижением темп-ры горячей деформации.

Для технически чистого железа темп-ра красноломкости находится в пределах 850— 1150°, поэтому горячую деформацию следует начинать при 850° либо производить при 1250—1300°, прерывая ее при охлаждении железа в интервале 850—1150°. Вредное действие серы на красноломкость стали объясняется образованием легкоплавких эвтектик. Для уменьшения влияния серы в состав перлитной стали вводят марганец, а в состав аустенитной — молибден. Также влияют алюминий, титан, цирконий, кальций, магний и редкие элементы, способствующие образованию тугоплавких сульфидов, располагающихся в структуре стали в виде цепочек или отдельных включений. Следует иметь в виду, что низкоплавкие сульфиды располагаются, как правило, по границам зерен, вызывая красноломкость стали.

склонность металлов к появлению (или значительному возрастанию) хрупкости (См. Хрупкость) при понижении температуры. Х. связана с происходящим при этом из-за затруднённости движения дислокаций (См. Дислокации) значительным повышением предела текучести; начиная с некоторой температуры (т. н. критическая температура хрупкости, или порог хладноломкости) хрупкое разрушение наступает раньше, чем состояние пластической текучести. Х. присуща низколегированным сталям, танталу, вольфраму, хрому, молибдену и некоторым др. металлам с объёмноцентрированной кубической решёткой и сплавам на их основе. Х. способствует наличие примесей внедрения в металлах, что в сочетании со сжатием кристаллической решётки при понижении температуры приводит к увеличению внутренних напряжений. Температура перехода от вязкого разрушения к хрупкому зависит от режима термической обработки, величины зерна, скорости нагружения, величины концентрации напряжений. Чаще всего Х. оценивают путём испытаний на ударный изгиб призматических образцов с надрезом, определяя при этом работу деформации и разрушения. Склонность к Х. можно также оценить по температуре резкого снижения пластичности или по доле волокнистого излома на поверхности разрушения. Х. имеет особое значение при эксплуатации конструкций в температурных условиях северных районов, для космических аппаратов, луноходов, водородных двигателей. Снижение Х. достигается очисткой металлов от вредных примесей, термообработкой, легированием.

Вредные примеси в стали

Вредные примеси в стали не только ухудшают ее состав, но и могут привести к последующей деформации изготовленного из нее изделия. Однако нельзя все их рассматривать как нежелательные. Некоторые из них относят к полезным, а от других вообще невозможно избавиться, так как они постоянные. Да и нет необходимости их устранять, поскольку постоянные примеси могут влиять на качественные характеристики стали.

В этой статье мы поговорим о том, какими являются вредные примеси стали и как они влияют на ее состав и характеристики стальных изделий.

Полезные и специальные примеси в стали

В стали встречаются вредные и полезные примеси. Сначала остановимся на полезных, к которым относят марганец и кремний:

Марганец – это химический элемент, благодаря которому возрастает прокаливаемость стали и снижается влияние серы, оказывающей вредное воздействие на металл.
Кремний – примесь данного элемента помогает раскислить сталь и, как следствие, повысить ее прочность. Его специально добавляют в металл в ходе его выплавки.

Углеродистая сталь содержит примесь кремния не более 0,35–0,4 % и марганец в количестве 0,5–0,8 %. Переход марганца и кремния в сталь происходит во время раскисления в ходе выплавки. Эти химические элементы соединяются с кислородом закиси железа FеO, а затем, превращаясь в окислы, переходят в шлак, то есть, иначе говоря, раскисляют сталь.

Данный процесс оказывает благоприятное воздействие на свойства стали. За счет дегазации металла кремнием увеличивается ее плотность. Часть химического элемента остается в феррите (твердом растворе) уже после раскисления, что приводит к значительному возрастанию предела текучести. При этом способность к холодной высадке и вытяжке у стали снижается.

Рекомендовано к прочтению

По этой причине производители снижают количество кремния в сталях, изготавливаемых для холодной штамповки и высадки. Прочность металла значительно повышается благодаря примеси марганца. Последний сильно уменьшает красноломкость стали, оставляя пластичность практически неизменной. Таким образом, резко падает хрупкость стали при воздействии высокой температуры, которая возникала из-за присутствия серы.

Для получения сталей, имеющих определенные свойства, в металл добавляют специальные примеси. Они носят название легирующих элементов. Стали же именуют легированными.

Остановимся подробно на назначении некоторых элементов:

Алюминий – его примесь помогает повысить окалино- и жаростойкость стали.
Медь – увеличивает стойкость стали к коррозии.
Хром – повышает прочность, твердость сталей, увеличивает стойкость к коррозии, при этом пластичность падает незначительно. Нержавеющей сталь делает большое содержание хрома.
Никель – повышает пластичность, прочность, делает сталь стойкой к коррозии.
Вольфрам – при добавлении в сталь создает корбиды (химические соединения повышенной твердости). Они значительно повышают красностойкость и твердость. Под воздействием вольфрама сталь перестает расширяться в процессе нагревания, а хрупкость при отпуске уходит.
Ванадий – способствует возрастанию плотности, прочности и твердости стали. Он признается прекрасным раскислителем.
Кобальт – под его воздействием увеличивается жаропрочность, стойкость к ударным нагрузкам, возрастают магнитные свойства.
Молибден – улучшается сопротивляемость стали к окислению в ходе воздействия на нее высоких температур, возрастает упругость, красностойкость, увеличивается стойкость к коррозии, повышается предел прочности к растяжению.
Титан – являясь прекрасным раскислителем, он повышает стойкость к коррозии, увеличивает плотность и прочность металла, делает лучше его обрабатываемость.
Церий – способствует возрастанию пластичности и прочности стали.
Цирконий (Ц) – воздействует на зернистость стали, давая возможность изготовить металл с установленным размером зерна, делает его мельче.
Лантан, неодим и цезий – уменьшают пористость стали, сокращают количество серы, делают качество поверхности лучше, а зерно мельче.

Вредные примеси в стали, которые ухудшают ее свойства

Давайте разберемся, какие вредные примеси содержатся в стали. Основными являются фосфор и сера.

Сера (S) содержится в сталях высокого качества в количестве не более 0,02–0,03 %. Для металла общего назначения этот показатель повышается до 0,03–0,04 %. С помощью спецобработки количество серы уменьшается до 0,005 %.

Растворения серы в железе не происходит, а образуется FeS (сульфид железа). Он входит в эвтектику, образующуюся при температуре +988 °С.

При высоком содержании серы сталь становится красноломкой. Это происходит из-за появления на границах зерен сульфидных эвтектик, имеющих низкую способность к плавке. Красноломкость появляется при температуре красного каления стали – +800 °С.

Плохое влияние сера оказывает на свариваемость, пластичность, ударную вязкость, а также поверхность металла. Это особенно заметно, если марганец и углерод содержатся лишь в небольших количествах.

VT-metall предлагает услуги:

Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы

Склонность к сегрегации на границах зерен у серы значительна. По этой причине в ходе нагрева пластичность стали падает. Если металл предназначен для дальнейшей обработки автоматическим механическим способом, то в состав обязательно добавляют серу в количестве от 0,08 % до 0,33 %, так как она способствует возрастанию у подшипниковых сталей усталостной прочности.

Марганец же снижает вредное воздействие серы на сталь. При жидком состоянии сплава он вступает в реакцию с образованием сульфида марганца, температура плавления которого составляет +1620 °С. Она значительно превышает температуру горячей обработки металла (от +800 °С до +1200 °С). При таком нагреве сульфиды марганца достаточно пластичны и просто деформируются.

Сегрегация фосфора (Р) в значительно меньшей, чем серы и углерода, степени происходит в ходе затвердевания сталей. Идет его растворение в феррите, из-за чего прочность металла увеличивается. Чем больший процент фосфора содержит сталь, тем выше ее хладноломкость и ниже ударная вязкость, пластичность.

Высокая температура среды позволяет достичь растворимости фосфора в пределах 1,2 %. Чем ниже становится температура, тем меньше растворимость фосфора. Она постепенно опускается до 0,02–0,03 %. Именно такое содержание данного химического элемента наблюдается в сталях. Это может говорить о том, что он, как правило, полностью растворяется в альфа-железе.

Отпускная хрупкость хромистых, хромоникелевых и хромомарганцевых, марганцевых и магниево-кремниевых легированных сталей во многом зависит от сегрегации фосфора по границам зерен. Элемент способствует замедлению распада мартенсита и повышает упрочняемость.

С целью улучшения механической (автоматической) обработки в низколегированные стали добавляют большое содержание фосфора.

При наличии углерода в количестве 0,1 % в конструкционной низколегированной стали фосфор должен увеличивать антикоррозийные свойства, а также прочность металла.

Наличие фосфора в хромоникелевых аустеничных сталях приводит к увеличению предела текучести. При попадании аустеничной нержавеющей стали в среду сильного окислителя присутствие в ее составе фосфора вызывает коррозию на границах зерен. Такое поведение предопределено сегрегацией фосфора на этих границах.

Вредные примеси в стали – это не только сера и фосфор, но и углерод.

Медленно остывая, сталь приобретает структуру, состоящую их двух фаз – цементита и феррита. Цементит связан в стали с углеродом. Его содержание прямо пропорционально количеству последнего. При этом цементит имеет твердость, значительно превышающую жесткость феррита. Цементит, вернее, входящие в его состав частицы (хрупкие, твердые), увеличивают сопротивляемость деформации, повышая противодействие движению дислокации. Помимо того, снижается вязкость и пластичность металла.

Как следствие, при возрастании процента углерода происходит увеличение твердости стали, пределов ее текучести и прочности, снижение относительных сужения и удлинения, а также ударной вязкости. То есть чем больше углерода, тем легче сталь переходит в хладноломкое состояние. Если содержание углерода в стали колеблется в диапазоне 1,0–1,1 %, то растет твердость металла в отожженном состоянии. При этом предел прочности снижается.

Такое явление, как снижение прочности, наблюдается по причине выделения аустенита вторичного цементита на границах бывшего зерна. Этот цементит делает сплошную сетку в сталях с вышеуказанным составом. В ходе растяжения сетка напрягается и цемент, хрупкий по своей природе, начинает разрушаться. Все это является причиной распада и последующего уменьшения предела прочности. Увеличивая количество углерода, можно добиться уменьшения плотности стали, увеличения электросопротивляемости, коэрцитивной силы, снижения остаточной индукции, теплопроводности и магнитной проницаемости.

Рассматривая вопрос о том, какие вредные примеси присутствуют в стали, нельзя забывать о влиянии азота (N). Под его воздействием в металле образуются нитриды, представляющие собой неметаллические хрупкие инородные тела, которые делают свойства стали значительно хуже.

Однако вредные примеси в стали являются в какой-то мере полезными, а иногда и неустранимыми. К положительным сторонам примеси азота стоит отнести его способность увеличить аустеничную область диаграммы состояния металла. Он делает аустеничную структуру стабильнее. Кроме того, он способен заменить собой никель (но только частично) в рассматриваемых сталях.

Для увеличения прочности низколегированной стали прибегают к добавлению титана, ванадия и ниобия (нитридообразующих элементов). В процессе горячей обработки и последующего охлаждения, взаимодействуя, они создают небольшие карбонитриды и нитриды, придающие стали прочность.

Даже небольшое количество олова (Sn) вредно для стали. В легированных сталях этот элемент способен вызвать отпускную хрупкость. Кроме того, олово сегрегируется на границах зерен стали, уменьшает ее горячую пластичность в аустенитно-ферритной области диаграммы состояния. Непрерывнолитые слитки под воздействием олова имеют низкое качество поверхности.

Обсуждая вредные примеси в стали и их влияние на материал, нельзя забывать, пожалуй, о самом опасном из них – водороде. В процессе сварки этот химический элемент во всех случаях является вредной примесью. Причина заключается в излишнем охрупчивании стали. При проведении сварочных работ водород может попасть в расплав из:

атмосферы дугового разряда;
может уже содержаться в металле.

Поглощенный из атмосферы водород, пребывающий в ионизированном и атомарном виде, в ходе кристаллизации значительно уменьшает собственную растворимость. В результате его последующего выделения из материала в нем образуются трещины и поры.

Водород, уже находящийся в металле, может быть в виде гидрида (связанном) или в диффузно-подвижном состоянии (в виде твердого раствора). Молекулярный водород содержится в микронесплошностях материала.

Снизить количество водорода в сварочной зоне можно следующими способами:

используют окислители атмосферы (применяют специальные руднокислые электроды или работают под защитой CO₂);
покрытия электродов и флюсы дополняют хлоридами и фторидами (ими могут быть соли и плавиковый шпат);
проводят просушку материалов, предназначенных для сварки (флюса, электродов, газов, проволоки и пр.).

Кислород.

Вредные примеси в стали включают в себя и кислород, который понижает пластичность металла. Для защиты материала при сварке используют процесс раскисления шва до определенной нормы. В ходе сварки титана, алюминия и прочих высокоактивных металлов мастера делают атмосферу внутри рабочей зоны без кислорода. Используя для этого гелий, аргон, галидные флюсы, они создают вакуум, поскольку для этих металлов достаточно сложно найти раскислители.

Сурьма (Sb) оказывает вредное влияние на поверхность стали (непрерывнолитых слитков). Причина заключается в ее сегрегации в процессе затвердевания металла. Когда сталь переходит в твердое состояние, сурьма сегрегирует на границах зерен, что приводит у легированных сталей к отпускной хрупкости.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

цветные металлы;
чугун;
нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Дефекты металлический изделий

Производство предметов из металла представляет собой сложный технологический цикл. Некоторые операции могут как исключаться из этой цепочки, так и проводиться повторно. В процессе обработки металл претерпевает изменения, на нем могут появляться изъяны. Далее вы узнаете, какие бывают дефекты металлических изделий, а также как их можно выявить.

Типы дефектов металлических изделий

Из-за дефектов ухудшаются физико-механические свойства металлов, такие как электропроводность, магнитная проницаемость, прочность, плотность, пластичность. Принято выделять изъяны тонкой структуры или атомарного масштаба, а именно дислокации, вакансии, пр., и более грубые. К последним относятся субмикроскопические трещины, появляющиеся на границах блоков кристалла и на его поверхности.

Еще более грубыми считаются микро- и макроскопические дефекты металлических изделий, предполагающие нарушение сплошности или однородности. Они появляются по двум причинам: из-за несовершенства используемой технологии и низкой технологичности многокомпонентных сплавов. Дело в том, что при работе с подобными сплавами необходимо особенно точно соблюдать режимы, установленные для всех этапов изготовления и обработки.

С точки зрения прикладного, технического понимания, дефектами называют отклонения от установленной нормы, при которых ухудшаются рабочие характеристики металла или металлического изделия, происходит снижение сортности или отбраковка продукции. Но нужно понимать, что не любой изъян металла распространяется на изделие. Если отклонения не влияют на работу металлической детали, они не воспринимаются в качестве недостатков.

Отклонения, признанные дефектами для изделий, эксплуатируемых в определенных условиях (допустим, при усталостном нагружении), могут не приниматься во внимание при других условиях работы (например, при статическом нагружении).

Литьевые дефекты металлических изделий

Сегодня в металлургии принято использовать несколько классификаций брака, получаемого при литье.

Дефекты делятся на типы по месту нахождения. Так, если брак выявлен внутри участка, его считают внутренним. Если же проблема проявилась при дальнейшей обработке, ее относят к внешнему браку.

С точки зрения внешнего проявления, выделяют такие основные виды дефектов отливок, как пригар, при котором слой формовочных материалов, спекшихся с металлом, крепко присоединился к поверхности заготовки, и приливы, которые представляют собой отклонение размеров отливок от проекта в большую сторону.

Приливы делят на:

Заливы, которые образуются вдоль стыка частей формы. Причина их появления кроется в несоблюдении размеров моделей и плохом соединении элементов опок.
Подутость (распор) – возникает из-за давления расплава на рыхлую смесь.
Нарост, который появляется, когда поток расплава размывает форму при заливке.
Просечки (гребешки, заусенцы), образующиеся при затекании расплава в повреждения формы или стержня.

Нередко дефекты при литье проявляются в виде пороков поверхности. Сюда относятся:

Засоры. Массы зерен земли или шлаков. Эта проблема появляется из-за ошибок, допущенных при проектировании форм, непродуманного расположения литников, несоблюдения технологии складирования и перевозки.
Ужимины – образуются при сырой формовке, когда слой земли разрывается в месте конденсации жидкости и расплав заполняет образовавшуюся пустоту.
Спаи, или неслитины, возникают, когда происходит контакт между слоями охладившегося расплава. Поскольку не достигнута необходимая температура, потоки не могут правильно сплавиться.
Плены – появляются, когда окисляются легирующие добавки.
Морщинистость, или складчатость. Данный дефект выглядят как разнонаправленные складки на поверхности металлического изделия. Такой изъян связан со скоплением большого объема углерода в металле.
Выпот – провоцирует взрывообразное выделение скоплений графита, поэтому он похож на множество лопнувших пузырьков.
Корольки появляются и из-за разбрызгивания расплава при заливке. В этом случае шарик металла кристаллизуется отдельно от отливки, не соединяясь с ней.
Коробление отливки возникает по причине внутренних напряжений, провоцируемых неравномерным остыванием.

Также среди распространенных пороков литья стоит назвать трещины. Подобные дефекты металлических изделий также делятся на виды:

Горячие. Возникают, когда металл достигает температуры кристаллизации, обычно вызваны усадочным напряжением. Имеют неровные формы.
Холодные. Появляются при более низких температурах, чем горячие, при этом отличаются ровным, прямым профилем.
Межкристаллические. Образуются на металлических изделиях из легированных сталей в тех зонах, где имеются неметаллические включения.

Помимо прочего, нередко на предметах из металла появляются газовые дефекты:

Ситовидная пористость, то есть большое количество мелких пузырьков в теле детали.
Газовые раковины, которые представляют собой крупные каверны, возникшие после выхода и объединения мелких пузырьков.

Пластические дефекты металлических изделий

При отбраковке заготовок достаточно часто приходится сталкиваться с включениями инородных металлических или неметаллических тел, причем последние бывают различной величины, формы.

Надрыв представляет собой местные несквозные разрывы, находящиеся поперек или под углом к направлению обработки материла. Такие дефекты образуются из-за раскрытия внутренних несплошностей материала, а также несоблюдения норм, установленных для процесса обработки.

Сквозной разрыв отличается от предыдущего вида тем, что на металлическом изделии наблюдаются сквозные несплошности. Они образовываются при деформации плоской заготовки, имеющей неравномерную толщину, либо причиной появления сквозного разрыва могут стать вкатанные инородные тела.

Накол выглядит как несквозные единичные или групповые точечные углубления. Они появляются при использовании загрязненных смазочно-охлаждающих жидкостей, попадании на заготовку мелких металлических и инородных элементов. Еще одной причиной для образования накола могут стать выступы и налипшие частицы на валках.

Рекомендуем статьи по металлообработке

Вмятинами называют отдельные единичные углубления различных размеров, форм, имеющие пологие края. Вмятины появляются из-за повреждения металла в процессе производства, перевозки, хранения.

Забоина представляет собой углубление неправильной формы. Обычно такой дефект имеет острые края, поскольку появляется при ударе металлического изделия.

Отпечаток – периодически повторяющиеся углубления, выступы, расположенные по всему металлическому изделию или на некоторых его участках. Отпечатки появляются под действием неровностей на прокатных и правильных валках.

Задир выглядит как широкое продольное углубление с неровным дном и краями. Причина его появления состоит в резком трении заготовки о детали оборудования, при помощи которого осуществляется обработка.

Риска – это продольное узкое углубление, дно которого может быть закругленным либо плоским. Образуется при царапании заготовки металлического изделия выступами на поверхности оборудования.

Царапина представляет собой углубление неправильной формы, имеющее произвольное направление. Появляется из-за механических повреждений, например, во время складирования, перевозки металлических изделий.

Потертостью называют нарушение блеска на отдельно взятом участке металлического изделия, а также скопление мелких разнонаправленных царапин. Такие дефекты появляются из-за трения металлических изделий между собой.

Налип появляется в результате прилипания к металлическому изделию частиц или слоя металла с инструмента.

Закат образуется за счет вдавливания в изделие частиц обрабатываемого металла, заусенцев, выступов и других дефектов, появившихся в процессе обработки.

Пережог проявляется в виде темных, оплавленных или окисленных пятен на металлическом изделии, которые образуются, если была превышена температура, время нагрева материала.

Расслоение выглядит как отделение слоя материала на торцах, кромках металлического изделия, заготовки. Причина для расслоения одна – изначально внутри металла были дефекты, такие как рыхлости, включения, внутренние разрывы, пережог.

Плена представляет собой расслоение, обычно имеет форму языка, идущего по направлению обработки и одним краем соединенного с основным металлом. Подобное расслоение появляется, если в металле изначально были надрывы, трещины, пузыри, либо при нагреве материала был допущен его пережог, оплавление.

Чешуйчатость представляет собой пластическую деформацию, вызванную пережогом или недостаточной пластичностью металла периферийной зоны. В соответствии с названием, такие разрывы на металлическом изделии больше всего похожи на чешую или сетку.

Рябизна выглядит как скопление углублений, появившихся на металлическом изделии во время проката или плавки.

Смятой поверхностью называют тип деформации, при котором на металлическом изделии появляются складки, изгибы, волны, при этом не вызывающие разрыва металла.

Излом представляет собой полосу поперек направления прокатки или под углом к нему. Изломы появляются из-за резкого перегиба в процессе сматывания, разматывания рулонов, либо при перекладке тонких листов.

Недотрав выглядит как пятна, полосы, появившиеся на металлическом изделии из-за неравномерного травления.

Перетрав – это местное или общее разъедание поверхности изделия, которое проявляется как точечные либо контурные углубления. Образуется, так же как и недотрав, при несоблюдении режима травления.

Пятна загрязнения могут иметь форму полос, натеков, разводов. Их оставляют на поверхности металлического изделия технологическая эмульсия, загрязненное масло, мазут.

Коррозионные пятна могут быть светлыми или темными, обычно имеют шероховатую текстуру, так как появляются под действием коррозии.

Цвета побежалости проявляются в виде окисленных участков, то есть пятен и полос различной окраски и формы. Такие пятна отличаются гладкой поверхностью, так как проявляются при нарушении норм термической обработки и травления.

Кольцеватость характерна только для круглых металлических заготовок – на их поверхности появляются повторяющиеся кольцеобразные выступы, углубления. Виной тому пластическая деформация, плавка.

Следы плавки несколько похожи на кольцеватость, они выглядят как повторяющиеся светлые и темные полосы. Однако в данном случае полосы идут по заготовке в любом направлении: могут быть продольными, поперечными либо спиралеобразными. Образуются при плавке.

Омеднение проявляется как покраснение некоторых участков поверхности металлического изделия. Такие пятна образуются после контактного выделения меди, что связано с нарушением режимов термической обработки и травления.

Серповидность полос и лент – это отклонение формы металлического изделия от поверочной линейки. Такой дефект измеряют в миллиметрах на метр длины полуфабриката.

Овальностью называют отклонение поперечного сечения изделия от формы круга. Если с – максимальный, d – минимальный и т – средний диаметр сечения, то по формуле c - d/m × 100 можно рассчитать отклонение от идеальной формы в процентах.

Разностенность – несовпадение толщины стенки по длине трубы с номинальной толщиной либо разница в толщине заготовки по ее площади.

Разнотолщинность – отклонение толщины плоского изделия по длине и ширине от установленных параметров либо разница толщины стенки вдоль длины металлической трубы.

Фестонистость представляет собой появление выступов по краю металлического изделия при глубокой штамповке листов и лент. Направление выступов соответствует направлению оси прокатки.

Способы обнаружения дефектов металлических изделий

Существует несколько уровней исследования, которые используются для разных глубин и размеров дефектов:

Субмикроскопическое исследование.
Микроанализ.
Макроанализ.

Под дефектами кристаллического строения металлов принято понимать отклонения от структуры идеального, то есть бездефектного, кристалла.

Дефекты кристаллической структуры делят на типы в соответствии с их формой и размерами:

Дислокации, то есть отсутствие полуплоскости кристаллической решетки.
Вакансии или пустоты в узлах кристаллической решетки.
Атомы внедрения, предполагающие присутствие в решетке дополнительных атомов между узлами.
Атомы замещения, то есть атомы другого элемента, находящиеся в узлах кристаллической решетки обрабатываемого металла.

1. Субмикроскопическое исследование.

Цель его состоит в выявлении дефектов на границах кристаллов или зерен. Дело в том, что из-за неравномерности кристаллизации или недостаточного питания зародышей жидким раствором появляются тонкие прослойки между блоками кристаллов. Либо причина может скрываться в выделении на поверхности кристаллов твердой фазы нерастворимых соединений и элементов. Так, фосфор и целый ряд тугоплавких металлов не способны образовывать соединения с железом в сталях, поэтому они откладываются на границах зерен.

В число субмикроскопических дефектов входят сколы в стали 38Х2МЮА. Причина их появления проста: во время легирования стали алюминием по границам зерен выделяются локальные плоскости, которые и становятся слабым местом металла во время дальнейшей обработки.

2. Микроанализ.

При подобном исследовании для выявления дефектов используют микроскопы с увеличением более 100 крат. Именно микроанализ применяется чаще всего при поиске литейных дефектов. Этот метод позволяет определить балл зерна, наличие и количество включений неметаллической природы, меди, серы и фосфора, структуру металла.

От доли углерода и легирующих элементов, содержащихся в стали, зависит, какие твердые фазы выделятся при кристаллизации. Отметим, что данные стадии имеют различную прочность, твердость и пластичность. В стойких к коррозии марках стали при разных температурных режимах охлаждения формируются фазы аустенита, мартенсита или ледобурита.

Также к ключевым характеристикам, определяющим качество металла, относится балл зерна. Дело в том, что при снижении данного показателя повышается пластичность металла, но снижается его прочность. Однако легирование карбидообразователями или тугоплавкими материалами позволяет добиться упрочнения стали, сохраняя при этом ее изначальную пластичность.

Одним из главных направлений исследования микроанализа считается определение доли вредных примесей и неметаллических включений (в процентах). Чаще всего роль вредной примеси играют сера и фосфор, из-за которых сталь приобретает такие свойства, как красноломкость и хладноломкость.

Чтобы металл мог применяться для производства изделий, доля этих двух элементов должна укладываться в установленные нормы. Благодаря контролю неметаллических включений удается установить содержание в стали оксидов, сульфидов, нитридов и других соединений. Отметим, что такие примеси могут влиять на металл как положительным, так и отрицательным образом.

3. Макроанализ.

Данный способ изучения представляет собой визуальное выявление дефектов металлических изделий, иными словами, с его помощью поверхность рассматривается при увеличении до 30 крат. Такое исследование позволяет обнаружить крупные дефекты поверхности или глубинных слоев металла. Нужно понимать, что макроскопические изъяны могут образовываться на любом этапе производства металлического изделия – от выплавки и до хранения. Чаще всего после выявления подобных деформаций металл забраковывают или возвращают на доработку.

ответы на экзамен материаловедение. ответы. 13. Диаграмма состояния железоуглеродистых сплавов

13. Диаграмма состояния железо-углеродистых сплавов.
Диаграмма состояния железо-углерод дает основное представление о строении железоуглеродистых сплавов- сталей и чугунов.

Ось абсцисс (концентрационная) на этом рисунке двойная: содержание углерода и содержание цементита.

Линия АВСД является ликвидусом системы, линия AHJECF-солидусом.

Так как железо, кроме того, что образует с углеродом химическое соединение Fe3C, имеет две аллотропические формы альфа и гамма, то в системе существуют следующие фазы:

Жидкость (жидкий раствор углерода в железе), существующая выше линии ликвидус;

Цементит Fe3C – линия DFKL.

Феррит – структурная составляющая, представляющая собой а-железо, которое в незначительном количестве растворяет углерод.

Аустенит – структура, представляющая собой твердый раствор углерода в y-железе.

В системе на разных ярусах проходят эвтектическое и эвтектоидное превращения. По линии ECF при 1147 С происходит эвтектическое превращение: ЖА+Ц. Образующаяся эвтектика называется ледебуритом. Ледебурит(Л) – эвтектика системы Fe-Fe3C – механическая смесь аустенита и цементита. По линии PSK при 727 С происходит эвтектоидное превращение: АФ+Ц, в результате которого из аустенита, содержащего 0,8%С, образуется механическая смесь феррита и цементита. Эвтектоидное превращение происходит аналогично кристаллизации эвтектики, но не из жидкости, а из твердого раствора. Образующийся эвтектойд называется перлитом. Перлит(П) – механическая смесь феррита и цементита. Аустенит, входящий в состав ледебурита, при 727 С также испытывает эвтектоидное превращение. Поэтому ниже 727 С ледебурит состоит из смеси перлита и цементита.

14. Углеродистые стали. Химический состав, классификация, маркировка, назначение. Хладноломкость и красноломкость углеродистых сталей.

Сплавы железа с углеродом, содержащим до 2,14%С(точка Е), при малом содержании других элементов называются углеродистыми сталями. Углеродистые стали по содержанию в них углерода подразделяют на низкоуглеродистые (до 0,25%С), среднеуглеродистые ( 0,25…0,6%С) и высокоуглеродистые ( более 0,6%С).

Углеродистые стали классифицируют по структуре, способу производства и раскисления, по качеству.

По структуре различают: 1) доэвтектоидную сталь, содержащую до 0,8%С, структура которой состоит из феррита и перлита; 2) эвтектоидную, содержащую около 0,8%С, структура которой состоит только из перлита;

По способу производства различают стали, выплавляемые в электропечах, мартеновских печах и кислородно-конвертерным способом.

По способу раскисленя различают кипящие(недостаточно раскислены, имеют большое количество закиси железа, которая реагирует с углеродом металла, образуя окись углерода СО), полуспокойные(промежуточного типа) и спокойные стали(полное раскисление металла в печи, содержит мин. количество FeO (закиси), что обеспечивает спокойное застывание).

По качеству различают стали обыкновенного качества и качественные стали. Стали обыкновенного качества содержат не более 0,05%S и не более 0,04%P. Качественные стали содержат менее 0,02%S и 0,03%P.

В зависимости от гарантируемых химического состава и свойств углеродистые стали обыкновенного качества делят на три группы А, Б,В.

Группа А – поставляются с гарантированными механическими свойствами без уточнения хим. состава. Чем больше цифра, тем больше предел прочности. Группа Б – поставляются с гарантированным составом (содержание углерода). Чем больше цифра, тем больше содержится углерода. Группа В – поставляются с гарантированным хим. составом и механическими свойствами.

Маркировка. Обыкновенного качества: «Ст» и цифрами от 0 до 6(условный номер марки стали в зависимости от химического состава. Качественные углеродистые стали маркируют двузначными цифрами 05, 10, …60, указывающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Углеродистые стали(У), содержащие 0,7-1,3%С, используют для изгот ударного и режущего инструмента. Их маркируют У7, У13, цифра-содержание углерода в десятых долях.

S – вызывает явление красноломкости – разрушение металла в красном состоянии. Повышает коррозию, ухудшает свариваемость, снижает пластичность и вязкость. Р – растворяется в феррите и повышает температуру перехода стали в хрупкое состояние. Повышает порог хладноломкости – разрушения металла при отрицательных температурах, способствует ликвации, снижает пластичность и вязкость.

15. Чугуны. Химический состав, классификация и назначение серых чугунов .
Чугунами называют сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14% углерода. Чугуны обладают очень хорошими литейными свойствами, высокой износостойкостью, и хорошёй обрабатываемостью резаньем. Они содержат те же примеси, что и сталь, но в большем количестве. В зависимости от состояния углерода в чугуне, различают:

1)Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде карбида

2) серый – С в свободном состоянии в форме пластинчатого графита;

3) высокопрочный -С в свободном состоянии в форме шаровидного графита;

4) ковкий –получающийся в результате отжига отливок из белого чугуна. С – в свободном состоянии в форме хлопьевидного графита.

Маркировка: С - серый, В - высокопрочный, К - ковкий. А цифры обозначают порядковый номер сплава согласно ГОСТу 1585-79.

Серый чугун( излом серого цвета; имеется графит).

По строению мет-ой . основы серые чугуны подразделяются на:

Серый перлитный – перлит + включения графита. 0,8% углерода в виде Fe₃C, остальное графит.

Серый феррито - перлитный – Ф + П + включения графита. В этом чугуне количество связанного углерода 16. Влияние скорости охлаждения на процесс графитизации в серых чугунах. Серые чугуны на ферритной, ферритно-перлитной, перлитной и перлитно-цементитной основе.

Графитизацией называется процесс выделения графита при кристаллизации или охлаждении сплавов железа с углеродом. Графитизация чугуна зависит от ряда факторов. К ним относятся соответствующие в чугуне ценры графитизации, скорость охлаждения и химический состав чугуна. Влияние скорости охлаждения обусловлено тем, что графитизация чугуна является диффузионным процессом и протекает медленно. Чем меньше охлаждение, тем большее развитие получает процесс графитизации. Медленное охлаждение способствует получению серого чугуна.

В ыделение графита из жидкой фазы возможно только при очень медленном охлаждении, то есть степень переохлаждения 5’С. Ускоренное охлаждение частично или полностью подавляет процесс образования графита и способствует образованию цементита. Процесс графитизации – процесс образования графита.

Процесс выделения графита из жидкой фазы, а также распад первичного и эвтектического цементита на смесь А+Гр носит название первой стадии графитизации. Выделение вторичного графита из аустенита называется промежуточной стадией графитизации. Образование эвтектоидного графита а также распад эфтектического цементита на смесь Ф+Гр называется второй стадией графитизации.

17. Ковкие чугуны и высокопрочные чугуны.

Ковкий чугун – хлопьевидная форма графитовых включений. Получают из отливки белого чугуна в результате длительного отжига. Отливки ставят в ящик с песком, а затем вмести с ящиком в печь, где выдерживаются длительное время при t 950-970 С.

1) - ледебуритная эвтектика, первая стадия графитизации.

2) Вторая стадия идёт двумя путями: а) Ф+Г – медленное охлаждение, б) выдержка ниже эвтектоидной температуры, распад с образованием Ф+Г.

Ковкий чугун используется для деталей не испытывающих вибрационные и ударные нагрузки.

Высокопрочный чугун – графит имеет форму шара, так как в жидкий чугун добавляют присадки магния 0,03-0,04%. Применяется для крышек, цилиндров в авто и тяжёлом машиностроении, в хим. и нефтепромышленности для насосов и вентилей работающих в коррозионных средах.
18. Основные положения термической обработки сталей. Критические точки. Связь термической обработки с диаграммой состояния состояния сплавов.
Целью является улучшение свойств металла путем изменения его структуры (строения). Структура металла определяет мех. свойства. Термообработка – воздействие температурой. Цель заключается в том, чтобы путем нагрева стали до определенных температур и последующего охлаждения вызвать желательное изменение структуры. Параметры: максимальная температура, до которой был нагрет металл, время, скорости нагревания и охлаждения. Температура, при нагреве до которой в стали происходят фазовые или структурные превращения, носит название критической точки или температуры. Ас1 – первая критическая точка. Ас2 = 768 – точка Кюри(изменение магнитных свойств; полная потеря ферромагнитных свойств). Ас3 – вторая критическая точка. Точка Ас1 соответствует перлитно-аустенитному превращению. На диаграмме занимает положение линии PSK. Ее положение не зависит от содержания углерода в стали. Положение точки Ас3 зависит от содержания углерода в стали и соответствует линии GS.
В заэвтектических сталях точка АС3 соответствует концу растворения цементита вторичного в аустените, находящемся на линии SE. Положение точки АС3 зависит от содержания углерода в стали и соответствует линии GSE.

19. Первое основное превращение стали (превращение перлита в аустенит).

Для превращения перлита в аустенит нужен небольшой перегрев, чтобы свободная энергия Ау 20. Второе основное превращение стали (превращение аустенита а перлит).

Превращение аустенита в перлит заключается в распаде аустенита – твердого раствора углерода в гамма-железе, на почти чистое альфа-железо и цементит.

Превращение может начаться лишь при некотором переохлаждении, когда свободная энергия феррито-карбидной смеси (перлита) окажется меньшей, чем свободная энергия аустенита. Чем ниже температура превращения, тем больше переохлаждение, тем больше разность свободных энергий, тем быстрее происходит превращение. Превращение Ау в П сопровождается диффузией, перераспределением углерода. Скорость диффузии резко уменьшается с понижением температуры. Снижение температуры, с одной стороны, увеличивает разность свободных энергий Ау и П, что ускоряет превращение, а с другой – вызывает уменьшение скорости диффузии углерода, а это замедляет превращение. Суммарное действие обоих факторов приводит к тому, что вначале с увеличением переохлаждении скорость превращения возрастает, достигает при каком-то значении переохлаждения максимума и затем убывает.

При 727 С и ниже 200 С скорость превр равна 0, так как при 727 С =0 разность свободных энергий, а при 200 С =0 (точнее, недостаточна) скорость диффузии углерода.

Процесс образования перлита – это процесс зарождения центров перлита и роста перлитных зерен. Скорость роста (с.к.) и число образующихся центров (ч.ц.) зависят от степени переохлаждения. Т.е. как только созданы нужные условия, зарождаются центры кристаллизации и из них растут кристаллы. Процесс этот происходит во времени и может быть изображен в виде кинетической кривой превращения, показывающей кол-во образ-ся перлита в зависимости от времени, прошедшего с начала превращения.

Начальный период характеризуется весьма малой скоростью превращения – это инкубационный период. Точка а на кривой показывает момент, когда обнаруживается начало превращения (обычно соотв. Образованию 1% перлита). На кривой степень превращения – время видно, что скорость превр возрастает по мере того, как развивается превращение. Максимум скорости превр соответствует примерно тому времени, когда превратилось примерно 50% аустенита. В дальнейшем скорость превр уменьшается и, наконец, превр заканчивается (точка b).

21. Диаграмма изотермического превращения аустенита.

кривая начала превращения выражает время, когда превращения не наблюдалось, т.е. мы имеем переохлажденный Ау. Вторая кривая показывает время, необходимое для полного превращения Ау-П. 200° - температура бездиффузионного или мартенситного превращения. Это есть диаграмма изотермического распада аустенита (с – образные кривые). Чем круче наклон, тем выше скорость. Строение и свойства продуктов распада аустенита зависит от температуры, при которой происходит превращение. При высоких скоростях (температурах), при малых степенях переохлаждения получается достаточно грубая (легко дифференцируемая под микроскопом) смесь феррита и цементита. Эта смесь называется перлитом (крупное зерно). При более низких температурах , структура возрастает и твердость продуктов повышается. Такой более тонкого строения перлит называется сорбит(отличаются степенью дисперсности, среднее зерно). При еще более низкой температуре (что соответствует изгибу С-кривой) дисперсность продуктов еще более возрастает. Такая структура называется троостит (отличаются степенью дисперсности, мелкое зерно). Таким образом, перлит, сорбит и троостит – структуры с одинаковой природой (феррит + цементит), отличающиеся степенью дисперсности феррита и цементита. Минимальная скорость, при которой Ау переохлаждается до температур мартенситного превращения носит название критической скорости закалки.

12. Сплавы железа с углеродом. Кривая охлаждения железа, полиморфизм железа.

Читайте также: