Вторичная структура

Вторичная рекристаллизация. Если какие то из новых зерен имеют предпочтительные условия для роста, то эту стадию рекристаллизации называют вторичной.

Зерна, растущие с большой скоростью, можно условно рассма тривать как зародышевые центры и поэтому процесс их роста получил название вторичной рекристаллизации. В результате вторичной рекристаллизации образуется множество мелких зерен и небольшое число очень крупных зерен. Вторичная рекристаллизация, вероятно, вызывается благоприятной для роста кристаллографической ориентировкой отдельных зерен, меньшей чем у других зерен концентрацией дефектов (величиной объемной энергии) и более высокой подвижностью границ в результате неравномерного выделения примесей. В большинстве случаев причиной вторичной рекристаллизации является торможение роста большинства зерен, образовавшихся при первичной рекристаллизации, дисперсными частицами примесей. Вторичная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов.

стовую сталь толщиной 0,2—0,5 мм получают холодной прокаткой, рекристалли-зациомпым отжигом при 800—820 °С, создающим текстуру, и высокотемпературным отжигом при 1100°С, когда развивается вторичная рекристаллизация с преимущественным ростом зерен, имеющих ориентацию {110} (100). После первого'*от-жига зерна твердого раствора должны быть стабилизированы дисперсными частицами нитрида кремния, сульфидами, оксидами и другими соединениями примесей, для развития вторичной рекристаллизации при высокотемпературном отжиге.

Вторичная рекристаллизация является частным случаем собирательной рекристаллизации, наблюдающейся при нагреве металла до высоких температур. Она сопровождается интенсивным ростом зерен, благодаря T0>iy, что растущие зерна поглощают своих соседей, вследствие растворения примесей, расположенных вдоль границ.

Первая компонента текстуры—плоскость —. формируется в процессе вторичной рекристаллизации. Вторичная рекристаллизация протекает в стали, в которой полностью завершен процесс первичной рекристаллизации, т. е. имеется уже сравнительно равновесная структура. При нагреве такой стали выше 950° С начинается процесс избирательного роста зерен. Наибольшей скоростью роста обладают зерна, у которых с поверхностью листа совпадает плоскость (НО) (при образовании ребровой текстуры) или плоскость (100) (при образовании кубической текстуры). Такой процесс избирательного роста зерен приводит к образованию в листе трансформаторной стали соответствующей текстуры. Рост зерен с" определенной ориентировкой в процессе вторичной рекристаллизации осуществляется под действием поверхностной, граничной и объемной энергий. Под поверхностной энергией понимается различие между энергией и энтропией частиц, находящихся на свободной поверхности кристалла (по границе раздела металл— газ), и частиц, расположенных внутри кристалла. Так как по разным плоскостям ретикулярная плотность атомов различна, то поверхностная энергия может различаться на 30%. Следовательно, зерна, выходящие на поверхность листа трансформаторной стали различными гранями, могут иметь различную поверхностную энергию. Рост зерен, обладающих минимальной поверхностной энергией, является энергетически выгодным процессом. С учетом влияния поверхностной энергии, образование текстуры в 'листе трансформаторной стали может быть объяснено ростом зерен с минимальной поверхностной энергией.

Для ряда металлов при дальнейшем нагреве наблюдается избирательный (преимущественный) рост отдельных зерен, т. е. происходит вторичная рекристаллизация, при которой образуется разнозернистая структура.

2. Зерна могут расти избирательно с собственной ориентацией, не характерной для всех других зерен. Это процесс одновременного развития новой текстуры с гораздо более крупным зерном — вторичная рекристаллизация, которая так же, как и собирательная, протекает в металле, уже испытавшем первичную рекристаллизацию, при последующем нагреве до более высоких температур. Разнозернистость — характерный признак незавершенной вторичной рекристаллизации. Она протекает приблизительно так же, как и первичная: за инкубационным периодом (когда заметных изменений не наблюдается) наступает период равномерной скорости роста, заканчивающийся взаимным соприкосновением вторичных зерен.

Вторичная рекристаллизация. Если какие-то из новых зерен имеют предпочтительные условия для роста, то эту стадию рекристаллизации называют вторичной.

Зерна, растущие с большой скоростью, можно условно рассматривать как зародышевые центры, и поэтому процесс их роста получил название вторичной рекристаллизации. В результате вторичной рекристаллизации образуется множество мелких зерен и небольшое число очень крупных зерен. Вторичная рекристаллизация, вероятно, вызывается благоприятной для роста кристаллографической ориентацией отдельных зерен, меньшей чем у других зерен концентрацией дефектов (величиной объемной энергии) и более высокой подвижностью границ, в результате неравномерного выделения примесей. Вторичная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов.

Вторичная рекристаллизация — процесс ускоренного роста отдельных зерен, приводящий структуру материала к разнозернистости. Зерна, растущие с большей скоростью, можно условно рассматривать как зародышевые центры. В результате вторичной рекристаллизации образуется разнозернистая структура, которая представляет собой множество мелких зерен и небольшое число очень крупных зерен. Вторичная рекристаллизация приводит к ухудшению механических свойств металлов.

Вторичная рекристаллизация может привести к образованию очень крупных кристаллов, если ей предшествовала пластическая деформация с критической степенью. Для большинства металлов критическая степень пластической деформации составляет 5—10%. В углеродистой стали собирательная рекристаллизация происходит при температуре выше 700° С.

Вторичная структура образуется в результате физико-химических процессов и структурных превращений в твердом состоянии.

Нормализация - частный случай отжига. Нормализацию отливок проводят при нагреве до температуры выше критической точки Асз'. из углеродистых сталей на 50 - 100°С, а из легированных - на 100 - 150°С с последующим охлаждением на воздухе. После отжига получается гомогенная структура, а после быстрого охлаждения образуется мелкая вторичная структура с равномерно распределенными составляющими. Отливки из высоколегированных сталей имеют мартенситную структуру; отливки из высокоуглеродистых сталей - мелкодисперсный перлит и мартенсит.

Травитель 5а НО—15 мл НС1; 85—90 мл Н2О]. Травитель 56 [3 мл НС1; 50 г РеС13; 120 мл спирта; 120 мл Н2О]. Первичная структура аустенитных хромоникелевых сталей, а также хромистых трудно выявляется, особенно после сильной деформации. Ролласон [5] обнаружил это при травлении реактивами 5а и 56, которыми образцы химически полируются или протираются с помощью ватного тампона. Вторичная структура выявляется в 12—14%-ных хромистых сталях. Длительность травления зависит от обработки и-состава стали.

Первичная структура чугунов, выявляемая этим реактивом, характеризуется фосфидной сеткой, но при этом одновременно слишком сильно выявляется вторичная структура.

Кристаллизация проявляется лишь в выпадении вторичных карбидов, выделяющихся из-за уменьшения растворимости углерода при снижении температуры, и вторичного феррита, выпадающего вследствие частичного фазового превращения, захватывающего очень небольшую долю металла шва. Вторичная структура сварного шва аустенитной стали подчеркивает картину первичной кристаллизации.

В результате трения на самой поверхности толщиной -—-Ю8 нм образуется особая структура, содержащая большое количество оксидов. Под вторичной структурой располагается сильно деформированный тонкий слой металла с высокой плотностью дислокации. При нормальном окислительном изнашивании разрушается только вторичная структура, после удаления которой она легко

В технике наибольшее распространение имеет коррозионно-механи-ческое изнашивание, т.е. изнашивание при наличии на поверхности защитных пленок. Такое изнашивание наблюдается, когда в результате трения на самой поверхности толщиной ~103 нм образуется вторичная структура, содержащая большое количество оксидов. Под вторичной структурой располагается сильно деформированный слой материала с высокой плотностью дислокаций толщиной до нескольких микрометров. Наличие вторичной структуры уменьшает износ поверхностного слоя.

В сварных швах аустенитных сталей вследствие высокой стабильности аустенита, как правило, отсутствует вторичная кристаллизация. В результате первичной кристаллизации получается структура, сохраняющаяся в основном до комнатной температуры. Вторичная кристаллизация проявляется лишь в выделении вторичных карбидов, выпадающих в результате уменьшения растворимости углерода при снижении температуры, и вторичного феррита, выпадающего из-за частичного фазового превращения, захватывающего небольшой процент металла шва. Вторичная структура сварного шва аустенитной стали подчеркивает картину первичной кристаллизации.

В сварных швах аустенитных сталей, ввиду высокой стабильности аустенита, вторичная кристаллизация, как правило, не имеет места, т. е. в процессе охлаждения после затвердевания сварочной ванны фиксируется структура первичной кристаллизации. Если же вторичная кристаллизация и происходит, то она носит специфический характер. В подавляющем большинстве случаев она вызывает лишь выпадение избыточной фазы (вторичных карбидов или карбонитридов, вторичного феррита) по границам зерен и не касается строения собственно столбчатых кристаллитов, сохраняющих свою аустенитную структуру. Поэтому вторичная структура в сварном шве аустенитной стали, как правило, не затемняет, а лишь подчеркивает картину первичной кристаллизации. Вторичная микроструктура может отличаться от первичной структуры лишь-наличием избыточной фазы. Она может иметь, например, следующие разновидности: 1) v + к"; 2) у + к" Ч- а; 3) т + б + к"; 4) у + б + к" + а; 5) v + б + + Э + к" Иг а (у — аустенит; б — первичный феррит; а — вторичный феррит; к', к" — соответственно первичные и вторичные карбиды — продукт распада аустенита; Э — эвтектическая составляющая).

Так же как и величина зерна у деформированных материалов, размер ячеек первичной структуры сварного шва является существенным признаком, определяющим прочностные свойства. У сталей этот показатель вследствие аллотропических превращений имеет второстепенное значение. Однако и вторичная структура имеет тем более мелкое зерно, чем меньше первичное зерно. Обычно стремятся к получению возможно более мелкозернистой (или мелкоячеистой) разориенти-рованной структуры.

Место соединения имеет линзообразную форму. Структура его состоит из первичных кристаллов, строго ориентированных в направлении теплоотвода. Вторичная структура зависит от условий охлаждения, регулируемых режимом сварки.