Сегрегация - углерод
Cтраница 3
Спокойные углеродистые стали более качественны, имеют однородный химический состав, но более дорогостоящи. Качество поверхности спокойной листовой стали может быть хуже, чем у кипящих марок. Структура кипящих сталей наименее однородна из-за сегрегации углерода, серы и фосфора. [31]
 |
Зернограничная сегрегация сурьмы и никеля при температуре 520 С в Сг - Ni стали, содержащей 0 4 и 0 008 % С. [32] |
Так, в соответствии с моделями, рассматриваемыми в работах ( 1, 14 ], в которых для протекания охрупчивания необходимы процессы карбидообразования, наличие углерода в стали является одним из решающих факторов развития хрупкости. Противоположная трактовка влияния углерода дается моделью конкурентной сегрегации [3, 99], в соответствии с которой углерод уменьшает охрупчивание, сегрегируя по границам зерен и вытесняя с границ охрупчивающуга примесь. Наконец, согласно моделям, в рамках которых для развития хрупкости не являются необходимыми ни сегрегация углерода, ни процессы карбидообразования ( например, модель совместной равновесной сегрегации примесей и легирующих элементов [47]), нет непосредственного влияния углерода на склонность сплава к отпускной хрупкости. [33]
Влияние легирующих элементов на отпускную хрупкость рассматривается в рамках этой гипотезы прежде всего в связи с их влиянием на внутрикристаллитное перераспределение углерода, и ослабление или обострение конкуренции углерода и фосфора при обогащении границ зерен, а также на характер т - - превращения при охлаждении из аустенитной области ( структурный фон, на котором развивается перераспределение примесей при охрупчивании) и на скорость диффузии фосфора. Легирование некарбидообразующими элементами ( НКЭ) повышая термодинамическую активность углерода [123] ( рис. 17), способствует его сегрегации на границах зерен, обостряя конкуренцию между углеродом и фосфором при адсорбции, и в результате ослабляет склонность к отпускной хрупкости. Легирование, карбидообразующими ( КЗ) элементами, влияющими на активность углерода в обратном направлении ( рис. 17), ослабляет сегрегацию углерода на границах зерен и тем самым усиливает адсорбцию фосфора и склонность к отпускной хрупкости. [34]
Сьютс и Лоу [97] показали, что для развития ямок травления на выходах дислокаций в сплаве Fe-3 % Si необходимо старение последнего при умеренно высоких температурах. По данным Вийона и Лакомба [98] для развития ямок травления на всех выходах дислокаций в алюминии необходимы малые добавки железа и соответствующая термообработка последнего. Пикеринг [99] продолжил исследование образования ямок травления в сплаве Fe-3 % Si и нашел, что для обеспечения соотношения 1: 1 между числом ямок травления и выходом дислокации ( рис. 24) концентрация растворенного в сплаве углерода должна так относиться к плотности дислокаций, чтобы в результате старения происходила достаточно интенсивная сегрегация углерода вблизи дислокаций. Однако содержание углерода не должно быть настолько высоким, чтобы кластеры атомов углерода, которые образуются во время старения, функционировали в качестве центров образования ямок травления, не связанных с дислокациями. [35]
Холодная пластическая деформация резко ускоряет процессы сфероидизации и коалесценции цементитных пластин. Указанные процессы должны снижать прочность и повышать пластичность. Однако развитие этих процессов сопровождается значительным переносом атомов углерода. Естественно, на образованных границах зерен и субзерен в пластинах феррита, входящего в состав перлита, сегрегация углерода будет значительно больше и проходить быстрее. [36]
Природа локальных разрушений полностью еще не изучена. Однако наиболее обоснованная точка зрения [128, 129, 8] состоит в том, что разрушение этого вида во многом сходно с разрушением при ножевой коррозии. В обоих случаях участок околошовной зоны, в котором возникают локальные разрушения, нагревается почти до температуры плавления, а затем подвергается длительному воздействию температур 600 - 650 С. В этих условиях в аустенитных сталях сначала растворяются карбиды, в частности карбидостабилизирующие элементы Nb, Ti, Та - - ( при нагреве выше 1250 - 1300 С), а затем при последующем охлаждении и при рабочих температурах происходит сегрегация углерода по границам зерен и выделение по границам карбидов хрома и железа, а в теле зерна - карбидов ниобия и титана. Обеднение приграничных объемов зерен хромом приводит к разупрочнению границ, а выделение карбидов ниобия и титана в теле зерна - к упрочнению зерен. В результате происходит концентрация деформаций по границам зерен и облегчаются процессы межзеренного проскальзывания и разрушения. По-видимому, в сталях сложного состава при этом может протекать старение, еще в большей степени изменяющее химическую неоднородность аустенита и приводящее к концентрации деформации по границам зерен. [37]
Процесс полигонизации может приводить к некоторому упрочнению. Образование большеугловых границ на начальных стадиях рекристаллизации при незначительном уменьшении плотности дислокаций может также упрочнять металл. Влияние процесса полигонизации и начальных стадий процесса рекристаллизации на изменение свойств должно усиливаться загрязнением границ атомами углерода. Сегрегация углерода на образовавшихся границах увеличивает сопротивление пластической деформации за счет - повышения сопротивления движению дислокаций при передаче деформации от зерна к зерну, а также за счет затруднения возникновения новых дислокаций на границах. Задержка в падении или некоторый рост величины Ky - d - l - / 2, а также длины площадки текучести ( см. рис. 62) может в некоторой степени характеризовать затруднение возникновения дислокаций на границах зерен и субзерен. [38]
Присутствие примесей в металле создает условия для деформационного упрочнения. При насыщении дислокаций атомами примеси появляется зуб текучести на кривых деформации, наблюдается эффект Портевена - Ле-Шателье и характерное повышение химической активности на полигонизационных субграницах в случае твердых растворов Fe-С. В сплавах внедрения энергия связи между атомами примеси и дислокациями может быть велика, особенно для сплавов Fe-С и Fe-N, где эта энергия составляет Wu 0 55 эВ [10], что значительно выше, чем WM для многих других сплавов. Кроме того, адсорбция атомов углерода и азота на полигональных субграницах в некоторой мере способствует также увеличению химической активности. Этим, в частности, обусловлено некоторое увеличение [105, 106] скорости коррозии металла, прошедшего низкотемпературный отпуск, по сравнению с неотпущенным: полигонизация приводит к увеличению общей протяженности субграниц с сегрегированными на них атомами примеси ( процессы диффузии примесей к субграницам облегчаются нагревом), которые повышают химическую активность этих границ. Однако следует иметь в виду, что сегрегация углерода и азота на субграницах повышает скорость коррозии в кислых растворах вследствие снижения перенапряжения водорода на выделениях [107], а не вследствие облегчения анодной реакции. [39]
Ранее было показано, что водород в никеле распределен сравнительно равномерно ( в масштабе зерна), а в титане - очень неравномерно. Это влияние в общем аналогично влиянию углерода. Таким образом, есть много общего в поведении обеих примесей внедрения в каждом из этих металлов, поэтому представляет интерес выяснить, идентично ли распределение водорода и углерода в никеле и титане. Выбранный режим полировки ( электролит, ток) обеспечивал отсутствие рельефа на поверхности образцов, насыщенных углеродом; в этом же электролите, изменяя ток, выявляли ямки травления. Просмотр авторадиограмм - реплик показал, что распределение углерода в объеме зерен равномерно ( рис. 220), окрестности растравленных участков обогащены углеродом. Такой характер локализации Си, по-видимому, свидетельствует о сегрегации углерода на дислокациях. [40]
Сочетанием механико-термической обработки с последующим старением металлов повышают сопротивление ползучести, а иногда и усталостную ( см. Усталость материалов), статическую прочность и ударную прочность при низких т-рах. Разработаны методы механико-термической обработки стареющих сплавов алюминия. Так, обработка сплавов системы алюминий - цинк - магний - медь сочетает обычное старение закаленных сплавов с последующим деформированием при более высоких т-рах либо старение и холодное деформирование с последующим старением при обычных т-рах. Применение этих методов значительно увеличивает сопротивление коррозии под напряжением ( от 10 до 40 кгс / мм2 при испытании в течение 30 дней) и вязкость разрушения. Особый интерес представляет объединение термомех. Вследствие такой обработки вязкость разрушения стали с 0 38 % С, 1 % Si, 3 % Сг, 1 2 % Ni, 1 1 % W, 0 4 % Mo и 0 15 % V повышается в полтора-два раза ( по сравнению с вязкостью стали, подвергнутой обычной низкотемпературной обработке), с одновременным приростом прочности от 250 до 260 кгс / ммг. В основе этих методов лежит анализ кинетики процесса сегрегации углерода на дислокациях, приводящего к обеднению им неискаженных участков деформированного аустенита. Для упрочнения сталей с низкой стабильностью аустенита применяют термомех. [41]
Страницы: 1 2 3