Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Отпускная хрупкость второго рода (обратимая отпускная хрупкость)




Следует обратить внимание на два аспекта этого вида хрупкости:

· охрупчивание закаленного металла наступает при нагреве его под отпуск до температур 450-6000С (независимо от скорости охлаждения после отпуска) - т.е. при нагреве от комнатной до указанного интервала температур;

· охрупчивание наступает, если металл был нагрет до 6000С, а затем с температуры отпуска замедленно охлажден в интервале 600-4500С.

Явление снижения пластичности закаленных легированных сталей после отпуска в интервале температур 450-6000С и последующего замедленного охлаждения (на воздухе или с печью) получило название отпускная хрупкость второго рода (обратимая отпускная хрупкость - ООХ). В литературе часто указываются уточненные верхняя и нижняя граница этого температурного интервала (375 и 5750С - поэтому часто и называют 3000С -хрупкостью). Если охрупченную сталь повторно нагреть до температур этого интервала и ускоренно охладить с температуры отпуска (в воде, масле и т.д.), то явления охрупчивания не наблюдается. Но если еще раз повторно нагреть в указанный интервал температур и вновь медленно охлаждать, то металл опять охрупчивается. При этом надо отметить и тот факт, что металл может охрупчиваться не только при замедленном охлаждении с температуры отпуска, но и при изотермических выдержках в опасном интервале температур.

Основные закономерности развития обратимой отпускной хрупкости:

1.Углеродистые стали не склонны к ООХ. Этому явлению подвержены только легированные стали. Хром, марганец и никель способствуют развитию ООХ, особенно при комплексном легировании. Наиболее сильно ООХ проявляется у хромоникелевых и хромомарганцевых сталей. Добавки молибдена 0,2-0,6% и вольфрама (1,1-1,6%) значительно снижают степень охрупчивания, но повышение концентрации молибдена свыше 0,6-0,8% приводит к увеличению охрупчивания (вероятно из-за образования карбидов Мо). Подобным образом может снижать степень охрупчивания и титан в сталях, содержащих сурьму. Изменение содержания углерода в легированной стали приводит к различным реакциям на явление ООХ. Вероятно, что в каждом конкретном случае углерод может себя вести по-разному, в зависимости от того, какие легирующие элементы - КОЭ или нет, находятся в приграничных зонах (например, связывая хром в карбиды, уменьшает сегрегацию сурьмы и т.д.). Влияние углерода на ООХ возможно в следующих ситуациях:

· при образовании карбидов повышается сегрегация на границах зерен Ni и Sb вследствие извлечения этих элементов из твердого раствора карбидами;

· границы раздела между карбидами и твердым раствором (матрицей) после ООХ является слабым местом и поэтому в сталях, содержащих углерод разрушение происходит по границам бывшего аустенитного зерна, в отличие от сталей без углерода, где разрушение идет по границам ферритных зерен;

· повышение концентрации углерода в стали само по себе приводит к упрочнению и охрупчиванию.

2. Повышение степени чистоты стали по вредным примесям - олову (Sn), фосфору (Р), сурьме (Sb), мышьяку (As) снижает склонность к ООХ. В последние 10-15 лет появились результаты исследований, доказывающие, что и медь может усиливать склонность к ООХ при содержании фосфора ³0,005%. В отношении азота были получены данные на Cr-Ni сталях об охрупчивающем влиянии за счет образования нитридов на границах зерен, хотя есть данные и об образовании сегрегаций азота на границах.

3. Скорость и степень ООХ зависит от температуры и времени выдержки в опасном температурном интервале-450-6000С. При определенных температурах (5500С) ООХ наступает быстрее, чем при других температурах

4. Независимо от степени охрупчивания, повторный, даже кратковременный нагрев с последующим ускоренным охлаждением устраняет охрупчивание.

5. Разрушение охрупченного металла при ударных испытаниях происходит чаще всего по границам бывшего аустенитного зерна (возможны варианты охрупчивания Ф в объемах без бывших А границ, т.е. все большеугловые границы). Чем крупнее были аустенитные зерна в стали перед закалкой, тем большая степень охрупчивания. При этом большинством исследователей установлено, что обогащение границ зерен примесями развивается в a-области в процессе изотермической выдержки в опасном интервале температур или при замедленном охлаждении металла в этом интервале (при нагреве металла в g-области обогащения примесями границ зерен не наблюдали).

6. ООХ характерно для сталей не только с мартенситной структурой, но и с бейнитной и, в меньшей степени, с П структурой (Ф+П структура не подвержена ООХ, а вот Ф+Б охрупчивается).

Причиной ООХ при отпуске в температурном интервале 325-5250С является сегрегация примесей (As, Sn, P, Sb, C) и легирующих элементов к границам бывших аустенитных зерен, что приводит к повышению сегрегирующих элементов в локальных объемах в 100-1000 раз (до 0,01-0,001%) по сравнению с их объемной концентрацией. Толщина приграничного слоя сегрегаций достигает нескольких атомных диаметров (£10).

Сегрегация легирующих и примесных элементовпротекает в процессе отпуска, в то время как сегрегация в аустените на ОХ влияния не оказывает. Роль легирующих элементов на ООХ заключается в их способности усиливать сегрегацию примесей благодаря положительной энергии взаимодействия между легирующими элементами, например, никелем и атомами примесей.

Явление охрупчивания при сегрегации примесных атомов и легирующих элементов на границах зерен объясняется снижением когезивной связи из-за того, что более крупные атомы увеличивают расстояния между кристаллографическими плоскостями решетки в граничной области и уменьшают работу образования межзеренной трещины. Из этого следует, что самыми сильными охрупчивающими элементами являются Sb, Sn.

Легирующие элементы усиливают ООХ еще и за счет повышения предела текучести металла зерен.

При температурах отпуска выше 600-6500С сегрегации примесей или полностью растворяются или их концентрация сильно уменьшается, а при ускоренном охлаждении с температуры отпуска они не успевают выделиться.

Методы определения охрупчивания металла при ООХ. Обычно структурно-чувствительные характеристики сталей при ООХ не подвергаются заметным изменениям (коэрцитивная сила, твердость, предел текучести). При ООХ заметно повышается травимость границ зерен пикриновой кислотой, увеличивается доля межзеренного разрушения в изломе образцов и происходит повышение порога хладноломкости (температуры хрупко-вязкого разрушения), снижается вязкость разрушения, трещиностойкость (J-интеграл) в области вязкого разрушения, долговечность при ползучести, усталостная прочность, радиационная стойкость, усиливается водородная хрупкость и коррозионное растрескивание в электролитах.

Для определения степени охрупчивания стали при ООХ строят так называемые сериальные кривые зависимости ударной вязкости от температуры испытаний, а для определения температуры перехода от вязкого к хрупкому состоянию используют различные критерии:

· температуру, при которой металл имеет (условно) критический уровень ударной вязкости, часто за такой уровень принимают 30 Дж/см2;

· 50% вязкой составляющей в изломе (В50) ударных образцов и т.д.

 

Меры борьбы с ООХ:

· снижение содержания вредных примесей в металле за счет металлургических технологий и подбора легирующих элементов (т.е. возможен специальный подбор элементов, вытесняющих с границ зерен вредные примеси (например, бор в ³2 раза уменьшает количество Р, а никель наоборот усиливает влияние Р) или связывающих примеси в стойкие соединения;

· увеличение растворимости сегрегирующих примесей в матрице за счет подбора легирующих элементов, снижающих движущую силу сегрегации (например, известно, что никель и хром уменьшают растворимость Sb, Sn в ά-Fe, что усиливает сегрегацию примесей и повышает степень охрупчивания при ООХ).

· снижение температуры аустенитизации и времени выдержки с целью уменьшения аустенитного зерна;

· закалка из межкритического интервала температур снижает склонность к ООХ (вероятно за счет измельчения зеренной структуры);

· увеличение времени выдержки при высоком отпуске уменьшает степень охрупчивания (но не устраняет ее);

· реализация ВТМО - за счет измельчения аустенитного зерна и получения зубчатых границ зерен.

Наблюдаемое у сталей сильное снижение ударной вязкости при отпуске в интервале 400 500 °С обусловлено, согласно установленной В.М. Счастливцевым тер­минологии, бейнитной хрупкостью. В отличие от обратимой отпускной хрупкости сталей, закаленных на мартенсит, бейнитное охрупчивание свя­зывают с изменением внутризеренной структуры, а именно: с превращени­ем остаточного аустенита в мартенсит или перлит и не связаны с процес­сами, происходящими на границе зерна. Повышение ударной вязкости и пластичности бейнитных сталей при низком отпуске обеспечивается за счет обогащения остаточного аустенита углеродом и повышения его ста­бильности.

Литература:

1. Новиков И. И. Теория термической обработки металлов, М.: Металлургия, - 1978.

2. Металловедение и термическая обработка. Справ. изд. 3-е изд, в 3-х томах, Т 2. Основы термической обработки/Под ред. Бернштейна М. Л., Рахштадта А. Г. М.: Металлургия, - 1983.

3. Утевский Л. М., Гликман Е. С. и др. Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа. М.: Металлургия, - 1987.

4. Брайент К. Л., Бенерджи С. К. Межзеренное разрушение сплавов железа в неагрессивных средах./В кн. Охрупчивание конструкционных сталей и сплавов. //Под ред.К.Л. Брайента, пер.с англ.- М.: Металлургия, 1988.

5. Stein D. F. Reversible temper embrittlement. (Обратимая отпускная хрупкость)“Annu. Rev. Mater. Sci. Vol. 7” Palo Almo, Calif., 1977. 123-153.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-10-23; Просмотров: 2184; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.021 сек.