Крупнозернистой структуры

На участке перегрева металл нагревался в интервале температур от 1100—1150°С до линии солидуса. Металл, нагревавшийся выше температуры Ас3, полностью переходит в состояние аустенита, при этом происходит рост зерна, размеры которого увеличиваются тем больше, чем выше температура металла. Даже непродолжительное пребывание металла при температурах свыше 1100° С приводит к значительному увеличению размера зерен. Крупнозернистая структура металла на этом участке перегрева после охлаждения может привести к образованию неблагоприятной видманштеттовой структуры. Металл, нагретый незначительно выше температур Ас3, имеет мелкозернистую структуру с высокими механическими свойствами. Этот участок называется участком нормализации (перекристаллизации). На участке неполной перекристаллизации металл нагревался до температуры между А! и Ас3. Поэтому он характеризуется почти неизменным ферри-тным зерном и некоторым измельчением и сфероидизацией перлитных участков.

Если диффузионный отжиг был применен к слиткам, которые будут подвергаться пластической деформации (прокатке, ковке), то необходимость в последующем отжиге отпадает, так как крупнозернистая структура исправится пластической деформацией.

Максимальную температуру нагрева, т. е. температуру начала горячей обработки давлением, следует назначать такой, чтобы не было пережога и перегрева. В процессе обработки нагретый металл обычно остывает, соприкасаясь с более холодным инструментом и окружающей средой. Заканчивать горячую обработку давлением следует также при вполне определенной температуре, ниже которой пластичность вследствие упрочнения (рекристаллизация не успевает произойти) падает и в изделии возможно образование трещин. Но при высоких температурах заканчивать деформирование нецелесообразно (особенно для сплавов, не имеющих фазовых превращений). В этом случае после деформирования зерна успевают вырасти и получается крупнозернистая структура, характеризующаяся низкими механическими свойствами.

чающейся только величиной зерна, Бейном было установлено (рис. 130), что крупнозернистая структура является более склон-

Нормализация 830 °С (крупнозернистая структура)

(кривая /) и числа центров при малом переохлаждении возника-кристаллизации п (кривая 2) ет крупнозернистая структура. Уве-от степени переохлаждения личение числа центров кристаллиза-

Специфическими дефектами алюминиевой отливки являются трудно обнаруживаемые оксидные плены, имеющие физические свойства, близкие к свойствам алюминия, и крупнозернистая структура, снижающая механические свойства, особенно пластичность.

чем электроды, пластически деформированные из блоков, спеченных из той же порошковой смеси (кривая 2). Еще меньшую степень обгорания при однократных испытаниях имеют электроды, полученные методом внутреннего окисления. Но для этих электродов характерна крупнозернистая структура и, следовательно, появление межкристал-

Специфическими дефектами алюминиевой отливки являются трудно обнаруживаемые оксидные тепы, имеющие физические свойства, близкие к свойствам алюминия, и крупнозернистая структура, снижающая механические свойства, особенно пластичность.

Некоторые из новых литейных сплавов на основе алюминия испытывают в условиях кристаллизации под поршневым давлением. Одним из таких сплавов является сплав АЛЗМ, содержащий 3,0—3,6% Si; 0,15— 0,30% Mg; 3,5—4,5,%i Cu; 0,05—0,30% Ti, остальное алюминий. Из этого сплава изготовляли слитки (D = = 96 мм) при кристаллизации под поршневым давлением 340 МН/м2 [5]. Установлено, что условия кристаллизации оказывают большое влияние на структуру слитков. При литье в сухую песчаную форму и кристаллизации под атмосферным давлением наблюдается крупнозернистая структура твердого раствора с грубыми выделениями эвтектики по границам зерен, а в процессе кристаллизации под поршневым давлением в металлической прессформе измельчение зерен твердого раствора и включений избыточных фаз.

Интересные результаты получены автором работы [127]; зерно технически чистого титана выращивали нагревом в вакууме (950°С, 2 ч) после чего для измельчения зерна часть заготовок перековывали на прутки. Крупнозернистая структура титана имела 0^=210^230 МПа с большим разбросом данных в области ограниченной выносливости, а мелкозернистый титан имел a.j =300 МПа. При испытании надрезанных образцов получены близкие значения a_j: 109 и 110 МПа. Заметное увеличение усталостной прочности при измельчении зерна установлено и для сплава типа ВТ6. Следует отметить, что во многих случаях под величиной зерна понимают различные понятия (макрозерно, микрозерно, "грубозернистая" структура и пр.), поэтому не всегда удается проанализировать зависимость усталостной прочности от величины зерна.

Свариваемость рассматриваемых сталей и сплавов затрудняется многокомпонентностыо их легирования и разнообразием условий эксплуатации сварных конструкций (коррозионная стойкость, жаростойкость или жаропрочность). Общей сложностью сварки является предупреждение образования в шве и околоптовной зоне кристаллизационных горячих трещин, имеющих межкристаллит-ный характер, наблюдаемых в виде мельчайших микронадрывов и трещин. Горячие трещины могут возникнуть и при термообработке или работе конструкции при повышенных температурах. Образование горячих трещин наиболее характерно для крупнозернистой структуры металла шва, особенно выраженной в многослойных швах, когда кристаллы последующего слоя продолжают кристаллы предыдущего слоя.

Наследственно мелкозернистую сталь можно прокатывать (ковать) при более высоких температурах и заканчивать прокатку (ковку) при более высокой температуре, не опасаясь получения при этом крупнозернистой структуры. Как правило, все спокойные марки стали изготавливают наследственно мелкозернистыми, а кипящие стали — наследственно крупнозернистыми.

На свойства сталей этого класса влияет легирование Ti и Nb, устраняющее появление аустенита при высоких температурах и возникновение крупнозернистой структуры при нагреве, улучшающее коррозионную стойкость. Если содержание Ti в 6—8 раз, a Nb в 8— 12 раз больше содержания С, легирование этими элементами является эффективным, поскольку С полностью связан в TiC и NbC.

Причинами разрушения трубопровода на 365-м км трассы явились снижение прочности стыкового шва вследствие некачественного выполнения сварки (наличие в шве непроваров, шлаковых включений, крупнозернистой структуры) и неудовлетворительные механические характеристики металла шва (ударная вязкость составляла 0,56-0,79 кгм/см2 вместо регламентируемых 3 кгм/см2).

Дефекты термообработки. Характерными дефектами являются перегрев или пережог, которые возникают при термической обработке из-за несоблюдения температуры, времени выдержки, скорости нагрева и охлаждения детали. Перегрев приводит к образованию крупнозернистой структуры оксидных и сульфидных выделений по границам зерен. Пережог вызывает образование крупного зерна и оплавление границ зерен, что способствует в дальнейшем разрушению металла

Трещины представляют собой частичное местное разрушение металла в виде разрыва. Это наиболее опасный дефект. Трещины подразделяют на холодные (закалочные), горячие (кристаллизационные) и эксплуатационные. Холодные трещины образуются при неблагоприятном сочетании таких факторов, как высокая скорость охлаждения сварного соединения при сварке, способствующая образования малопластичных структур закалки, остаточные сварочные напряжения, насыщенность шва водородом, нерациональная форма шва и др. Горячие трещины образуются при кристаллизации сварочной ванны вследствие высокого содержания серы в металле шва, образования крупнозернистой структуры металла и наличия температурных деформаций. Эксплуатационные трещины возникают вследствие усталости, старения И исчерпания ресурса пластичности металла свар-

ввиду более крупнозернистой структуры. Если схема контроля предусматривает прозвучивание только при одном направлении лучей, то выбор этого направления некритичен, так как преимущественная ориентация дефектов отсутствует.

Дефектами контакторов из сплава Ag—CdO при критических режимах нагрузки являются глубокие межкристаллические разрывы, возникающие из-за термических напряжений. Такие дефекты особенно характерны для крупнокристаллической структуры. В данное время разработан новый метод получения мелкозернистого материдла на основе серебра с дисперсными равномерно. распределенными включениями CdO. Мелкодисперсную смесь Ag и CdO получают совместным осаждением гидроокисей кадмия и серебра из раствора нитратов этих элементов. Выделившиеся порошки превращаются при нагреве в металлическое серебро и CdO. В противоположность обычному порошковому методу в данном случае прессуют не готовые детали, а блоки. Блоки спекают по особому тем-пературно-временному режиму и затем горячей и холодной деформациями с общим обжатием более 95% изготовляют необходимые полуфабрикаты. Таким методом получают предельно плотную матрицу с мелкодисперсными, равномерно распределенными включениями CdO. Для предотвращения образования крупнозернистой структуры в основе должно содержаться 10—15 вес. % CdO. Даже после критической деформации и многочасового рекри-сталлизационного отжига при 800° С средний размер зерна основы составляет менее 10 мкм, что соответствует среднему расстоянию между частицами CdO. Изделия, полученные таким методом из сплава Ag—CdO, проявляют при особо критических-условиях работы значительно лучшие свойства (низкую свариваемость при высоких токах включения и равномерное обгорание).

Дефекты термообработки. Характерными дефектами являются перегрев или пережог, которые возникают при термической обработке из-за несоблюдения температуры, времени выдержки, скорости нагрева и охлаждения детали. Перегрев приводит к образованию крупнозернистой структуры оксидных и сульфидных выделений по фаницам зерен. Пережог вызывает образование крупного зерна и оплавление границ зерен, что способствует в дальнейшем разрушению металла.

При изготовлении, эксплуатации и ремонте в объекте могут образоваться дефекты различного типа k (раковины, трещины, непровары, металлические и неметаллические включения, зоны крупнозернистой структуры, несоответствия заданному значению толщины стенок, закаленного слоя, гальванического покрытия и др.), где k = 1, k0. В общем случае дефект потенциально опасен и может привести к возникновению в объекте аварийной ситуации, т. е. такого состояния объекта, когда его дальнейшее использование по прямому назначению невозможно или небезопасно. В соответствии с этим потенциальную опасность (вид) дефекта характеризуют вероятностью Р (А) возникновения аварийной ситуации в объекте из-за дефекта при регламентированных режимах и условиях его эксплуатации в течение заданного пе* риода времени, если в объекте этот дефект единственный. В объекте могут быть дефекты различного вида I, где

Трещины представляют собой частичное местное разрушение металла в виде разрыва. Это наиболее опасный дефект. Трещины подразделяют на холодные (закалочные), горячие (кристаллизационные) и эксплуатационные. Холодные трещины образуются при неблагоприятном сочетании таких факторов, как высокая скорость охлаждения сварного соединения при сварке, способствующая образования малопластичных структур закалки, остаточные сварочные напряжения, насыщенность шва водородом, нерациональная форма шва и др. Горячие трещины образуются при кристаллизации сварочной ванны вследствие высокого содержания серы в металле шва, образования крупнозернистой структуры металла и наличия температурных деформаций. Эксплуатационные трещины возникают вследствие усталости, старения и исчерпания ресурса пластичности металла сварного соединения.