/
Author: Тавадзе Ф.Н. Херодинашвили З.Ш. Даниленко Л.П.
Tags: металлургия машиностроение металлы сталь материаловедение металловедение
Year: 1972
Text
Alta Auctoritas Communitatis europaeae carbonis ferrique
DE FERRI
Metallographia
III
Erstarrung
Solidification
Solidification
und
and
et
Verformung
Deformation
Deformation
der Stähle
of Steels
des Aciers
von
by
Annick et Jean POKORNY
par
Institut de
Recherches de la Sid£rurgie
IRSID
Francaise
ßditions Berger-Levrault
Paris, Nancy
МЕТАЛЛОГРАФИЯ
ЖЕЛЕЗА
III
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И ДЕФОРМАЦИЯ СТАЛЕЙ
(С АТЛАСОМ МИКРОФОТОГРАФИЙ)
Перевод с английского
канд. техн. наук 3. III. ХЕРОДИН АШВИЛИ и Л. П. ДАНИЛЕНКО
Под редакцией
акад. АН ГрузССР Ф. Н. ТАВАДЗЕ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «МЕТАЛЛУРГИЯ»
Mосква 1972
УДК 669.017 : 620.18
МЕТАЛЛОГРАФИЯ ЖЕЛЕЗА. Том III. «Кристаллизация и
деформация сталей* (с атласом микрофотографий). Перевод.
Изд-во «Металлургия», 1972, с. 236
В третьем томе книги описано изменение структур литых
сталей после пластической деформации и термической обработки.
Книга предназначена для широкого круга научных и инже¬
нерно-технических работников металлургической, машинострои¬
тельной, приборостроительной и других областей промышлен¬
ности. Может быть также полезна студентам металлургических
и машиностроительных вузов. Илл. 236. Табл. 5. Библ. 99 назв.
МЕТАЛЛОГРАФИЯ ЖЕЛЕЗА
Том III
Кристаллизация и деформация сталей
Редакторы издательства JJ. С. Зингер и К. С. Чернявский
Технический редактор Е. R. Вайнштейн
Переплет художника В. И. Терещенко
Сдано в производство 15/Х 1971 г. Подписано в печать 4/V 1972 г.
Бум. тип. № 1, 60×901/, = 4,75 + 10,0 на мел. бум. = 14,75 бум. л. =
= 29,5 печ. л. (в том числе атлас на мелованной бумаге 20,0)
Уч.-изд- л. 36.91. Изд. Λ⅛ 5226. Тираж 11 000 экз. Заказ 1342
Цена 3 р. 51 к.
Издательство «Металлургия». Москва, Г-34, 2-й Обыденский пер., 14
3.∏-1 Ленинградская типография № 6
7,. 71 Главполиграфпрома Комитета по печати
cS1r, при Совете Министров СССР
j' 193144, Ленинград, ул. Моисеенко. 10
ОГЛАВЛЕНИЕ
I. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛЕЙ . . 6
A. Структура спокойных слитков 6
Глава I. физические неоднородности 6
1. Усадочная раковина 6
2. Фронт затвердевания 7
3. Неравномерность толщины затвердевшей
корки 8
4. Горячие трещины .... .... 8
Глава 2. кристаллизация ... 8
1. Образование зерен 8
2. Общая кристаллизация слитка 9
3. Периодичность осевой кристаллизации слит¬
ков 12
Глава 3. ликвация в слитках. 14
1. Микроликвация 14
2. Макроликвация 16
3. Местная ликвация .... 17
Б. Структура кипящих слитков .... 20
Глава 4. макроликвация 20
Глава 5. газовые пузыри 20
1. Общее распределение подкорковых пузырей 20
2. Возникновение газовых пузырей 21
Глава 6. структура чистой зоны. 23
1. Верхняя часть слитков 23
2. Нижняя часть слитков 23
3. Толщина корки 24
Г л а в а 7. внутреннее кольцо пузырей 24
1. Слитки кипящих сталей 24
2. Слитки бутылочного типа ... 24
3. Влияние обработки давлением 24
Г л а в а 8. внутренняя область ликвации 25
1. Газовые пузыри и усадочные раковины ... 25
2. Ликвации 25
B. Гомогенизация и рекристаллизация 25
Г л а в а 9. изменение структуры после за¬
твердевания 25
Клава 10. гамогенизация литых изделий 26
1. Кинетика гомогенизации 26
2. Факторы, влияющие на гомогенизацию ... 26
3. Практика гомогенизации 27
4. Последствия ртжига 27
Глава 11. рекристаллизация 27
1. Форма зерен после рекристаллизации ... 27
2. Размер зерна 28
3. Термическая обработка .... 28
II. ДЕФОРМАЦИЯ СТАЛЕЙ 29
Г. Горячая деформация 29
Г л а в а 12. волокнистые структуры 29
1. Суммарная деформация 29
2. Деформация дендритов 30
Глава 13. структура деформированного
слитка 31
1. Кристаллизация и ликвация 31
2. Волокна и трещины 31
Глава 14. полосчатые структуры 32
1. Поведение углерода 32
2. Влияние легирующих элементов 33
3. Механические свойства 34
4. Методы уменьшения вторичной полосчатости 34
д. Деформация и рекристаллизация 35
Глава 15. холодная деформация 35
1. Суммарная деформация 35
2. Внутренняя структура наклепанных зерен 36
3. Рекристаллизация 38
4. Холоднокатаный лист 40
5. Холоднотянутая проволока 43
Глава 16. горячая деформация 44
1. Деформация в однофазной области .... 44
2. Деформация в области а—у-превращения . . 45
3. Низкотемпературная те момеханическая об¬
работка (аусформинг) ... 46
Литература 46
Микрофотографии ... . . 77
I. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СТАЛЕЙ
А. структура спокойных слитков
Глава 1
ФИЗИЧЕСКИЕ НЕОДНОРОДНОСТИ
Нарушение сплошности металла может быть обусловлено:
1) основной усадочной раковиной (обычно конической формы),
которая иногда простирается до донной части слитка, соединяясь
с вторичными усадочными раковинами, имеющими диаметр
около 1 см (ф. 502/2,4); 2) пористостью либо в виде микрора¬
ковин (их диаметр меньше 1 λlw, а контур неровный), либо в виде
газовых пузырей с довольно гладким контуром (пористость
обоих видов представлена на микрофотографии 17/2), 3) трещи¬
нами, либо горячими (локальные разрывы в горячем металле,
как на микрофотографии 548/4), либо холодными (разрыв при
снижении температуры, как на микрофототографии 568/5), либо
внутренними (ф. 546/10) в слитках; трещины в виде флокенов
возникают в деформированных изделиях (ф. 585).
Все эти физические неоднородности появляются или при
затвердевании металла, или при охлаждении затвердевшего
слитка.
Виды охлаждения
Вид охлаждения определяет местонахождение усадочной
раковины (рис. 1). Охлаждение первого вида — преимущественно
с донной части слитка (через основание изложницы) — осуще¬
ствляется в печи с расходуемым электродом под вакуумом или
шлаком. В этом случае затвердевание развивается одновременно
с плавкой и в результате получаются довольно плоские усадоч¬
ные раковины, которые концентрируются на одном конце слитка.
Охлаждение второго и третьего видов представляет собой
обычный случай разливки спокойной стали; охлаждение проис¬
ходит главным образом через чугунные стенки изложницы,
меньше — через ее основание, а также излучением поверхности
слитка.
Охлаждение четвертого вида — особый случай внутреннего
охлаждения, при котором стальная заготовка погружается
в жидкую сталь. Это — метод получения слитков без изложницы.
Усадка распределяется по всей внешней поверхности слитка.
Охлаждение пятого вида пригодно для слитков из кипящей
стали, где усадка может быть компенсирована выделением пу¬
зырей неокисляющего газа. Эти пузыри полностью завариваются
при прокатке и не выходят на поверхность. Усадочные раковины,
появляющиеся в спокойных слитках, имеют различные формы
и размеры.
1. УСАДОЧНАЯ РАКОВИНА
Усадочная раковина возникает в результате усадки, ко¬
торая происходит при затвердевании металла и связана с его
физической природой. Сталь принадлежит к числу тех многих
сплавов, чистых веществ и смесей, которые подвержены усадке.
Немногие металлы (Si, Sb, Bi), чугун некоторых сортов, а также
вода составляют исключение из этого правила.
Усадочная раковина — неизбежное и естественное явление.
Можно лишь изменить ее форму и расположение. Это и является
важнейшей задачей литейщика.
Усадочная раковина образуется в тех участках слитка, где
расплав затвердевает в последнюю очередь, ее расположение
зависит от плотности металла (расплав накапливается на дне
пустот) и направления охлаждения (расплав накапливается
в горячих зонах). По этому поводу Портевен писал, что первое
главное требование к тепловому режиму состоит в том, чтобы
Размеры усадочных раковин
Размеры усадочной раковины можно указать только прибли¬
женно, так как развитие ее зависит от таких с трудом определяе¬
мых характеристик стали, как удельный объем расплава и твер¬
дого металла [1], а также от условий разливки.
На рис. 2 [2] приведена кривая сжатия железа при охлажде¬
нии его от 1600° C до комнатной температуры. Для обычных ста¬
рые. 1. Формы усадочных раковин в зависимости от метода плавки и разливки:
1 — плавка с расходуемым электродом: 2 и 3 ~ классическая разливка спокойных сталей;
4 — разливка без изложницы; 5 — классическая разливка кипящих сталей
Puc. 2. Сжатие железа при охлаждении
от 1600° C до комнатной температуры
изотермические поверхности по возможности приближались
к изобарическим, теоретически этого можно достигнуть путем
направленного вверх охлаждения. Второе требование заклю¬
чается в том, чтобы скорость разливки по возможности при¬
ближалась к скорости затвердевания. Это предполагает непрерыв¬
ную разливку и плавку с расходуемым электродом.
в
лей изменение объема протекает следующим образом: уменьше¬
ние объема на 1% от 1600 до 1500° С; уменьшение объема на 4%
во время затвердевания; уменьшение объема на 7% после за¬
твердевания и при охлаждении до комнатной температуры.
Уменьшением объема слитка на 1%, которое вызвано устра¬
нением перегрева, можно пренебречь.
Сжатие, с которым связано образование усадочной раковины
в момент затвердевания, составляет около 4%. Однако усадка
осложняется прежде всего тем, что в начале затвердевания сталь¬
ная корка в контакте с основанием изложницы образует «ме¬
шок», который сначала может сжиматься, а затем после отделе¬
ния слитка от изложницы при повторном нагреве растягивается.
Кроме того, изложница нагревается и ее объем увеличивается
на 1%; ферростатическое давление стремится прижать твердую
корку к стенам изложницы, что увеличивает объем усадочной
раковины.
Колебания температуры и изменение формы возникают
неодновременно в различных местах слитка и поэтому они по¬
рождают высокие напряжения. В результате при охлаждении
затвердевшего слитка и при его деформировании могут образо¬
ваться горячие трещины.
Форма усадочных раковин
Обычное охлаждение слитков (типов 2 и 3) показано на
рис. 1. Сталь в контакте с холодными стенками затвердевает
концентрическими оболочками, которые обычно можно пред¬
ставить с помощью известных диаграмм (рис. 3). В зависимости
от наклона стенок изложницы получаются различные усадочные
раковины: глубокие, если изложница уширена книзу (это об¬
легчает стрипперование, ф. 501/3), и ограниченные, если из¬
ложница уширена кверху (ф. 501/2).
Рис. 3. Глубина усадочной ракови¬
ны в зависимости от наклона стенок
изложницы:
а - изложница, уширенная кверху:
б — изложница, уширенная книзу
Некоторые факторы способствуют углублению усадочной
раковины. Часть их обусловлена самой изложницей: чем больше
отношение ее высоты к диаметру (изложницы длинные и узкие),
тем глубже усадочные раковины (ф. 501/6); подогретые, а также
тонкостенные изложницы оказывают такое же влияние. Другие
факторы обусловлены условиями разливки: горячий металл,
ускоренная, а также сифонная разливка без утепленной над¬
бавки — все это приводит к углублению усадочных раковин.
Усадочная раковина в целом может быть сдвинута либо
под влиянием гравитационного эффекта, как это бывает в неко¬
торых отливках, либо под влиянием несимметричного охлажде¬
ния. На микрофотографии 509/1 показан слиток из спокойной
стали, который был отлит без прибыльной надставки в обычную
реверсированную изложницу, одна стенка которой покрыта
огнеупором. Усадочная раковина сдвинулась в направлении
этой стенки.
Глубину усадочной раковины можно уменьшить, замедлив
затвердевание поверхности жидкой стали (см. рис. 3). Практи¬
ческое осуществление этого затрудняется технологическими и
особенно экономическими причинами.
Чтобы сохранить горячей верхнюю часть слитка, исполь¬
зуют инертные или активные прибыльные надставки. Простей¬
шая мера — термическая изоляция головной части слитка от
изложницы — уже значительно уменьшает глубину усадочной
раковины. Следовательно, прибыльные надставки прежде всего
должны быть хорошими теплоизоляторами. Слитки, показанные
на микрофотографиях 502/3, 504/4 и 506, отлиты с изолирующей
прибыльной надставкой так, что усадочные раковины находятся
выше сочленения с прибыльной надставкой.
Наряду с охлаждением через стенки изложницы имеются
большие потери на излучение через свободную поверхность
жидкой стали, что приводит к образованию твердой корки на
поверхности слитка. Эта корка сначала перемещается, следуя
усадке, находящейся под ней жидкой стали, а затем по мере утол¬
щения становится жесткой. Во время последующей усадки рас¬
плава его контакт с образовавшейся коркой разрывается и тогда
появляется новая корка. Так, может возникнуть несколько ко¬
рок (или мостов), лежащих одна над другой (рис. 4), которые
иногда разрушаются (ф. 551) независимо от того, как был отлит
слиток — с прибыльной надставкой или без нее (ф. 501/3).
Усадка, протекающая теперь в замкнутой системе, уменьшает
давление и может вызвать выделение газа (ф. 550/1).
Образование мостов вызывает потери металла; их образова¬
ние можно предотвратить, ограничив излучение жидкой ванны
плавающим изолятором, экзотермическим или неэкзотермиче¬
ским.
Рис. 4. Образование мостиков затвердевания (см. ф. 550/1)
Влияние изолирующей прибыльной надставки можно уси¬
лить введением экзотермических продуктов: смеси окислителей
и легкоокисляющихся металлов. Таким образом, можно получить
слитки с очень плоской головной частью (ф. 501/1) без основных
и вторичных усадочных раковин (ф. 502/4), идеальные слитки
для прокатки блумов [3].
Иногда для ковки предпочитают высокие прибыльные части,
которые облегчают манипулирование.
Однако роль прибыльной части не ограничивается только
уменьшением усадочных раковин: с ее помощью можно умень¬
шить макроликвацию. Поскольку образование усадочной рако¬
вины сопровождается значительной ликвацией (см. микрофото¬
графию 501/4, где темные области окружают основание усадоч¬
ной раковины), прибыльная часть должна иметь достаточный
объем, чтобы ликвация не распространялась в тело слитка.
2. ФРОНТ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
После того как сталь залита в изложницу, начинается про¬
цесс затвердевания металла, который развивается непрерывно
по всему периметру слитка. Эта непрерывность позволяет при¬
близительно оценить скорость затвердевания как при непрерыв¬
ной, так и при обычной разливке посредством следующего выра¬
жения:
толщина затвердевшего слоя, мм ≈25K время, мин.
Значение постоянной зависит от многих параметров, к концу
затвердевания оно может превышать 30. Момент окончания раз¬
ливки принимают за начало затвердевания, хотя в действитель¬
ности оно начинается несколько раньше. Начало затвердевания
можно заметить по контурам затвердевания, которые часто на¬
блюдаются в первых нескольких сантиметрах затвердевшего
металла.
Указанное соотношение нарушается к концу затвердевания,
когда поперечник жидкого металла мал в сравнении с шириной
изложниц, т. е. когда толщина затвердевшего слоя составляет
около 20 см для стандартного 5-т слитка.
Толщина затвердевшей корки довольно равномерна как
в вертикальной, так и в горизонтальной плоскости, по крайней
мере, когда она достигает нескольких сантиметров. Это обнаружи¬
вается либо при опрокидывании слитка (пустота в головной
части), либо при случайной утечке металла (пустота в донной части)
[5]. На микрофотографии 503/2 показан такой пример для спо¬
койной стали, разлитой без прибыльной надставки, а на микро¬
фотографии 503/4 — для кипящей стали, разлитой в изложницу
бутылочного типа.
Оценка толщины затвердевшего слоя этим методом ослож¬
няется, с одной стороны, структурой фронта затвердевания,
а с другой — структурой зерен, еще не присоединившихся к за¬
стывшей корке и состоящих из твердой и жидкой фаз.
Фронт затвердевания может быть довольно гладким, на¬
пример в слитке кипящей стали (ф. 563/5), или, наоборот, рых¬
лым на глубине свыше нескольких сантиметров (ф. 523/1), как
в слитках, легированных или нелегированных высокоуглеро¬
дистых сталей. Эта внутренняя структура зависит от интервала
температур затвердевания (см. ф. 518 и 523).
7
При непрерывной разливке поверхность затвердевания в вер¬
тикальной плоскости имеет форму сильно суживающегося книзу
конуса.
3. НЕРАВНОМЕРНОСТЬ ТОЛЩИНЫ
ЗАТВЕРДЕВШЕЙ КОРКИ
Равномерность затвердевания слоя нарушается в том случае,
если прерывается термический контакт слитка с изложницей.
В наиболее тонких местах могут затем возникнуть трещины.
Профиль изложницы также может способствовать неравномер¬
ному охлаждению: толщина слоя растет быстрее в углах, чем
на плоских сторонах (рис. 5, а). На микрофотографии 533/3
показано сечение заготовки, полученной путем непрерывной
разливки в определенный момент затвердевания. Из фотографии
видно, что затвердевшая корка в углах толще, чем на плоских
поверхностях заготовки. В следующей фазе затвердевания углы
сечения отделяются от изложницы, и поэтому утолщаются мед¬
леннее, чем плоские поверхности, которые ферростатическим
давлением прижимаются к изложнице (рис. 5, б). Вблизи угла
изделия):
/ — жидкость; 2 — ^горячая трещина; 3 — отрыв твер¬
дом корки
может появиться трещина (ф. 533/3). Если же угол сильно за¬
круглен, то толщина затвердевающего слоя выравнивается,
но при этом может возникнуть угловая трещина. Такие трещины
часто появляются к круглых слитках и если они не обусловлены
перегревом или высоким содержанием серы в расплаве, то для
их предотвращения необходимо изменять профиль изложницы.
Ниже рассмотрены другие причины неравномерной толщины
затвердевшего слоя.
Кроме основных, в слитке могут быть и вторичные усадочные
раковины главным образом в осевой части, ниже сочленения
с прибыльной частью, вторичные усадочные раковины остаются
неокисленными, пока не выходят на поверхность в процессе
обработки давлением и могут завариваться при деформации,
однако часто они бывают заполнены шлаком или другими приме¬
сями.
Вторичные усадочные раковины и осевая пористость обра¬
зуются в том случае, если в объем слитка, находящийся над ними,
не попадает расплав из прибыльной части. Это происходит либо
при использовании прямых или очень узких и длинных излож¬
ниц (ф. 501/6), либо в результате образования пробки из «сцеп¬
ленных» кристаллов.
При непрерывной разливке факторы, влияющие на вертикаль¬
ный профиль, в основном сильные колебания уровня расплава
и скорости разливки, приводят к образованию полости или к вспу¬
чиванию во фронте затвердевания. Могут также образовываться
мосты, которые отделяют узкую зону жидкого металла от остат¬
ков расплава. В результате в сердцевине возникает несколько
небольших выстроенных в ряд усадочных раковин (ф. 533/3).
Эта пористость тем меньше, чем шире основание зоны жид¬
кого металла, как у прямоугольных заготовок или слябов, из¬
готовленных непрерывной разливкой (ф. 515/1), или чем тупее
угол при вершине этой зоны.
Кроме того, осевая пористость увеличивается с ростом ин¬
тервала температур затвердевания, следовательно, она больше
в слитках высокоуглеродистых и высоколегированных сталей
(ф. 515/4).
у 4. ГОРЯЧИЕ ТРЕЩИНЫ
Эти трещины возникают в металлах при высокой температуре
под влиянием термических и механических напряжений. Они
могут появиться как в процессе затвердевания, так и после его
окончания. Трещины поражают первые несколько сантиметров
металла, которые затвердевают в контакте с изложницей.
8
Механические причины: усадке корки может препятствовать
зависание стали либо на стыке с прибыльной частью (зависаю¬
щий слиток), либо вдоль сторон, когда металл заполняет тре¬
щины самой изложницы (ф. 503/1).
Физико-химические причины: некоторые стали (в частности,
содержащие 0,3% С) предрасположены к горячим трещинам при
затвердевании, что объясняется, с одной стороны, дополнитель¬
ной усадкой при 6 → у-превращении, а с другой стороны, ма¬
лой пластичностью их в горячем состоянии, когда а- и у-фазы
находятся в определенном соотношении. Некоторые примеси,
например сера, способствуют образованию трещин.
Термические причины: при высокой температуре или высо¬
кой скорости разливки вся затвердевшая корка бывает очень
тонкой и под действием ферростатического давления она может
разорваться. Кроме того, она может быть тонкой в местах, ко¬
торые оказались случайно изолированными от изложницы, и в уг¬
лах слитка, преждевременно отделившихся от изложницы.
Следует также заметить, что если трещины затвердевания
выходят в жидкую зону стали, то жидкость, в которой прошла
ликвация, может просочиться в них, и они заполняются ликва-
ционными нитями.
После затвердевания, а часто и во время первых проходов
при горячей деформации появляются другие горячие трещины;
причинами их возникновения могут быть: междендритная хруп¬
кость; хрупкость ликвационных нитей, содержащих много сер¬
нистых включений; межкристаллическая хрупкость (границы
у-зереи) — эта хрупкость отличается от междендритной, если
затвердевание происходит в б-области.
Глава 2
КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
1. ОБРАЗОВАНИЕ ЗЕРЕН
Затвердевание начинается с образования в расплаве заро¬
дышей, которые затем растут до тесного соприкосновения друг
с другом и образуют структуру, характерную для твердого ме¬
талла.
Возникновение зародышей возможно лишь благодаря пере¬
охлаждению, которое сопровождает переход металла из жидкого
состояния в твердое. На этот процесс влияют температура,
давление и другие факторы. Зарождение бывает гомогенным,
когда зародыши имеют то же происхождение, что и сталь, и
гетерогенным, когда зародышами являются чужеродные твердые
частички.
Гомогенное зарождение
Зародыш, который образуется в расплаве выше темпера¬
туры плавления Tlhn, недолговечен. Ниже температуры Гпл
зародыш стабилен, лишь в том случае, если его размер достаточно
велик, т. е. если он имеет критический радиус rc∙ Такой зародыш
может расти и при условии постоянного отвода тепла. При тем¬
пературе ниже T' критический радиус зародыша уменьшается,
а вероятность возникновения зародыша увеличивается. Об этом
свидетельствуют кривые Таммана (см. рис. 9).
Давление при этом также играет роль, хотя и небольшую,
увеличение давления уменьшает значение критического радиуса
зародыша. Чтобы использовать это свойство, жидкую массу
металла подвергают вибрации; трудно только передать металлу
достаточную энергию [6].
Гомогенное образование зародышей требует переохлажде¬
ния более чем на IOOapad [7], и может наблюдаться при медлен¬
ном охлаждении в отсутствии твердых зародышей. Для этого
необходимо охлаждение в плавильной печи с гладкими остекло¬
ванными стенками [8], как при изготовлении монокристаллов.
В производственной практике переохлаждение не превышает
1 град', это означает, что залитая в изложницу сталь уже двух¬
фазная, т. е. в расплаве находятся твердые зародыши в виде
суспензии. Таким образом, во время затвердевания в сердце-
вине слитка сохраняется квазипостоянная температура [9]
(рис. 6) Так как собственные зародыши не выдерживают пере¬
грева ~80 град обычного в производственных условиях, наличие
твердых зародышей при разливке в изложницу можно объяснить
следующими причинами: либо это собственные зародыши (гомо¬
генное зарождение) из числа тех, которые образовались при со¬
прикосновении металла с холодным основанием или стенками
изложницы, или были унесены жидким потоком [10] либо по¬
сторонние зародыши, возникшие до или во время затвердева¬
ния.
Bpenя, пап
Рис. 6. Изменение температуры но врем»
эатперденания 350-кг слитка из углероди¬
стой стали с 0,5% C (по Бардснхоснру и
Блекману). Расстояние от стсики излож¬
ницы:
/ — 5 мм\ 2 - 35 мм; J — 63 мм\ 4 —
91 мм; 5 — 118 мм
Гетерогенное зарождение
Центрами кристаллизации служат твердые посторонние
частички. Структура их может отличаться от структуры стали.
Очевидно, что эффективность кристаллизации растет с увеличе-
0,7.
Z
AD ,
/
ж
Z
Z
1600°
z
W1
0 0,02 OtOh 0,06 0,08 Al,7.
Рис. 7. Гетерогенное
зарождение на очень
мелких частицах гли¬
нозема (по Вентрупу
и Шредеру):
AD- осаждение гру¬
бого глинозема; GA-
зародыш глинозема
нием числа зародышей и повышением равномерности их распре¬
деления.
Твердыми зародышами, как правило, являются окислы,
которые кристаллизуются при температуре расплава; в специаль-
Puc. 8. Измельче¬
ние первичного
зерна присадкой
алюминии
ных сталях это или нитриды, или окислы алюминия, титана,
ванадия, циркония, бора и др. Некоторые авторы [11] считают,
что значительную роль в образовании зародышей играют окислы
2 Металлографии железа, т. III
алюминия (рис. 7 и 8). При оптимальном соотношении алюминия
и кислорода во время охлаждения в изложнице образуются мел¬
кие равномерно распределенные частицы. Те же авторы исклю¬
чают возможность возникновения зародышей из более крупных
включений окислов алюминия в момент присадки, а также из
кремнезема и окислов марганца и железа. В ферритных хроми¬
стых сталях эффективными зародышами могут быть частицы хро¬
мита.
Скорость кристаллизации
Скорость кристаллизации зависит от химического состава,
от кристаллической модификации, в которой затвердевает сталь
(6 или у) и от кристаллографического направления. Так как об¬
разование кристаллов замедляется освобождением скрытой
теплоты затвердевания, то кристаллизация зависит также от
скорости охлаждения. Этот последний фактор очень важен.
Величина зерна
Рост зародышей приводит к возникновению граничащих
друг с другом зерен, причем из каждого зародыша вырастает
зерно. Окончательный размер зерна зависит от общего числа
зародышей и их распределения в объеме металла. В свою очередь
общее число зародышей зависит от скорости кристаллизации,
так как если при заданном переохлаждении со временем возра-
соотношением между скоростью образования зародышей и ско¬
ростью их роста. Схема Таммана (рис. 9) показывает, что при
очень быстром ох аждении возникает большое число зародышей,
в результате чего получается мелкозернистая структура.
При скоростях охлаждения, обычных в промышленности,
трудно предвидеть величину зерна. Не существует единой точки
зрения относительно формы и положения кривых Таммана для
металлов. В частности, Зигель подчеркивает, что присадки в ста¬
лях влияют на число зародышей, а не на положение соответствую¬
щей кривой [12]. Он показал, что при значительном переохлаж¬
дении (мало зародышей) и малой скорости кристаллизации зерна
в стали мельче, чем при малом переохлаждении и высокой ско¬
рости кристаллизации.
Величина зерен зависит еще и от распределения зародышей;
в расплаве их взаимное положение может меняться в процессе
затвердевания из-за декантации зародышей с большей плот¬
ностью. Последние могут опуститься на дно изложницы и в огра¬
ниченной области дать мелкие зерна. Находящийся над ними
расплав способен снова дать центры кристаллизации.
В заключение можно сказать, что размер зерна очень трудно
предвидеть, так как он зависит от многочисленных трудно опре¬
деляемых факторов, таких как скорость образования зароды¬
шей, скорость их роста и скорость охлаждения на поверхности
раздела твердое тело — жидкость. Остальные факторы: химиче¬
ская неоднородность, гравитационный эффект (осаждение сво¬
бодных кристаллов), эффект массы (влияние неодинаковой ско¬
рости охлаждения различных частей слитка) — еще более ос¬
ложняют проблему.
2. ОБЩАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СЛИТКА
Зоны кристаллизации в литых изделиях
Согласно кривым Таммана D литых изделиях различают
три зоны кристаллизации: на поверхности находится мелкозер¬
нистая зона, затем следует область столбчатых кристаллов и
в сердцевине — зона равноосных зерен (рис. 10).
9
Мелкозернистая зона составляет слой в несколько милли¬
метров, она состоит из металла, который очень быстро затвердел
при соприкосновении с изложницей. Эта зона соответствует пер¬
вой фазе затвердевания, когда быстрое охлаждение расплава
дает многочисленные зародыши и, следовательно, очень мелкие
зерна (ф. 504/2). Химический состав этой зоны обычно совпадает
с составом расплава.
Зона столбчатых кристаллов состоит из зерен, сильно вытя¬
нутых в направлении центра слитка. Длина этих зерен или ден¬
дритов может меняться в широких пределах, например от 1
Никельхромистые стали типа 25-20 затвердевают в у-фазе
и остаются аустенитными до комнатной температуры. Микро¬
фотография 505/4 показывает сечение небольшого слитка, в ко¬
тором столбчатая кристаллизация из-за малой массы слитка
простирается до самой сердцевины.
Рис. 12. Затвердевание Рис. 13. Затвердевание
в a-области в у-области
В большинстве случаев структуры, наблюдаемые в сечениях
слитков, могут быть представлены схемой с тремя вышеупомяну¬
тыми зонами (см. рис. 11). Более детальный анализ объясняет
некоторые особенности зон равноосных и столбчатых кристал¬
лов.
до 10 см. Образованию столбчатых кристаллов способствует
высокая скорость охлаждения, поэтому они отсутствуют при
разливке в формы, но появляются при литье в оболочковые
формы и в слитках.
Область равноосных зерен состоит из полигональных пра¬
вильных зерен, размеры которых меняются в пределах от 1
до 10 мм. Этой области отвечает малая скорость охлаждения.
Общую схему кристаллизации (рис. 11) можно проследить
на изломах слитков или в сечениях отливок из сталей различных
Рис. 11. Зоны кристаллизации с соответствующими температурными
профилями:
1 — зона мглких кристаллов; 2 — зона столбчатых кристаллов; 3 —
зона равноосных кристаллов
сортов (ф. 504/1, 4 и 505/3, 5). Однако такие структуры наблю¬
даются только на шлифах сталей, не претерпевающих превра¬
щения в твердом состоянии; только тогда затвердевшие зерна
остаются нерекристаллизованными при комнатной температуре.
Примером могут служить ферритные стали с соответствующей
присадкой a-стабилизирующего элемента (рис. 12) или аустенит¬
ные с присадкой у-стабилизирующего элемента (рис. 13).
Трансформаторная сталь с 4⅜ Si, полученная непрерывной
разливкой (ф. 504/2) или в виде обычных слитков (ф. 505/1, 2),
образует при затвердевании a-модификацию и остается феррит¬
ной до низких температур. Ее литая структура выявляется при
комнатной температуре. В стали же, испытывающей превращение,
выявляется переходная дендритная структура (например, ф. 520).
На микрофотографии 505/1 заметны овальные пятна с мелкими
зернами; они обусловлены быстрым охлаждением жидкости на
выступах холодной изложницы.
10
Рис. 14. Наклон
столбчатых кри¬
сталлов из-за по¬
токов в излож¬
нице; струя ме¬
талла сдвинута
вправо (по Норт-
котту)
Ориентация столбчатых кристаллов
В поперечном сечении слитка, т. е. в горизонтальной плос¬
кости, столбчатые кристаллы расположены перпендикулярно
к сторонам слитка. Это иллюстрируется многочисленными при¬
мерами структуры обычных слитков (ф. 505/4
и 534), а также (ф. 512/2, 3) и загото¬
вок (ф. 515/2), полученных непрерывной раз¬
ливкой. В продольном сечении столбчатые
кристаллы слегка наклонены в направлении
головной части слитка (ф. 505/3 и 508).
В ванне имеются значительные течения и
столбчатые кристаллы ориентируются против
течения [13].
Некоторые авторы и среди них Норт-
котт [14] пытались по наклону столбча¬
тых кристаллов определить направление
потока жидкого металла (рис. 14). Иногда
сильное перемешивание ванны возникает в
момент образования столбчатых кристаллов
при децентровке струи в узкой изложнице;
примером служит заготовка, полученная не¬
прерывной разливкой (ф. 515/4), когда поток
жидкого металла сдвинут вправо, как на
рис. 14. Возникшие при этом столбчатые кри¬
сталлы так же, как и кромка в правой части,
несимметричны относительно оси изделия.
При исследовании столбчатых кристал¬
лов важно учитывать их истинное направле¬
ние.
На микрофотографии 515/3 показано
продольное сечение овальной заготовки, по
лученной при непрерывной разливке; в пра¬
вой части микрофотографии видна хорошо
развитая зона столбчатых кристаллов, слева
такая зона отсутствует. Из макрофотогра¬
фии 515/2 видно, что плоскость сечения
только на одной стороне соответствует на¬
правлению столбчатых кристаллов.
Кроме того, в поперечном сечении слитка зона столбча¬
тых кристаллов имеет зерна более многочисленные и более ко¬
роткие (ф. 505/4, 524/5), чем в продольном (ф. 523/2), но лишь
в продольное сечение зерна попадают целиком.
Кристаллографическая ориентация
столбчатых кристаллов
Замечено, что у металлов с кубической решеткой, к которым
принадлежит сталь, столбчатые кристаллы имеют строго опре¬
деленное направление <≤10(Γ>. Это свойство выражено довольно
четко и проявляется уже в начале роста столбчатых кристаллов.
Среди многочисленных мелких-зерен первой зоны некоторые зерна
с преимущественным направлением ≤10(Γ> растут быстрее со¬
седних и, расширяясь, постепенно вытесняют их (рис. 15).
Другое проявление преимущественной ориентации можно
видеть в поперечном сечении слитка. Столбчатые кристаллы рас¬
положены вплоть до угла слитка перпендикулярно к стенкам
Рис. 15. Формирование столбчатых кристаллов
путем преимущественного роста зерен с ориента¬
цией <100 >
и имеют структуру в форме «крыши», которая особенно хорошо
заметна в маленьких прямоугольных отливках (рис. 16). Если бы
рост зависел только от термических условий, то кристаллы в уг¬
лах [15] изгибались бы перпендикулярно изотермам, аналогично
LLLL
то первым фактором является достаточно высокая скорость ох¬
лаждения. Микрофотографии 509/1 и 2 показывают, что со сто¬
роны чугунной стенки образуется зона столбчатых кристаллов
значительных размеров, а со стороны песчаной стенки эта зона
отсутствует. При некоторой достаточно высокой скорости ох¬
лаждения наблюдаются мелкие равноосные зерна, это корко¬
вая зона, предшествующая зоне столбчатых кристаллов.
Вторым фактором является направленное охлаждение;
в некоторых слитках за зоной столбчатых кристаллов следует
область равноосных зерен, граничащая с участком пониженного
температурного градиента, в котором можно наблюдать вытяну¬
тые дендриты, однако с менее выраженной ориентировкой, чем
у столбчатых кристаллов (ф. 541/1).
Зона столбчатых кристаллов наблюдается почти во всех
слитках, разлитых в чугунные изложницы, так как чугун об¬
ладает гораздо большей теплопроводностью, чем формовочный
песок. Кроме теплопроводности, играют роль и другие факторы:
толстостенная холодная изложница
очень сильно повышает температур¬
ный градиент расплава в контакте со
стенкой, и слой столбчатых кристал¬
лов утолщается, то же самое наблю-
Рис. 16. Изменение толщины зоны столбчатых кристал¬
лом и занисимости от формы (слиток б толще слитка а)
и массы слитка (слиток о тяжелее слитка а)
Рис. 16. Структура затвердевшей маленькой от¬
ливки в виде «крыши»
тому, как это происходит при ö → у-превращении в некоторых
нержавеющих сталях (ф. 529/2) [16].
Такая преимущественная ориентировка столбчатых кри¬
сталлов (ф. 518 и последующие), по-видимому, определяет особые
свойства указанной зоны. У слитков стали с 4% Si при комнат¬
ной температуре изломы следуют вдоль направления, перпенди-
Puc. 17. Направление пло¬
скости скола <100 >, кото¬
рое определяется но квад¬
ратным фигурам травления
(схема к микрофотографии
614/6).
кулярного к столбчатым кристаллам, и паралелльны плоскости
спайности (100) (ф. 303/3). Наличие плоскостей спайности, сов¬
падающих со сторонами куба, объясняет, почему в случае зоны
столбчатых кристаллов и равноосных зерен плоскости излома
параллельны трем взаимно перпендикулярным направлениям и
почему в изломах появляются зерна кубической формы. Однако
из этого не следует, что зерна в сталях с 4% Si кристаллизуются
в виде кубов. Связь между плоскостями спайности и ориентацией
кристаллов можно проследить по фигурам травления вблизи
трещины; на микрофотографиях 514/5 и 6 видно, что трешина,
перпендикулярная плоскости сечения, проходит параллельно
стороне <100> квадратных ямок травления (рис. 17).
Толщина зоны столбчатых кристаллов
Образованию зоны столбчатых кристаллов способствуют
два основных фактора. Так как в крупных отливках, получен¬
ных в песчаных формах, зона столбчатых кристаллов отсутствует,
дается в маленьких слитках (рис. 18). Горячий расплав также
увеличивает эту зону, хотя несомненно по другой причине.
При непрерывной разливке, когда по крайней мере один раз¬
мер изделия мал, зона столбчатых кристаллов может захваты¬
вать сердцевину отливки, как на микрофотографии 515/2, или
может еще сохраняться зона довольно мелких равноосных зе¬
рен, например в слябах из малоуглеродистой спокойной стали
(ф. 511—513). Ширина зоны столбчатых кристаллов зависит
от скорости разливки, т. е. в обычных слитках от температуры раз¬
ливки и сорта стали. Задержку развития зоны столбчатых кри¬
сталлов объясняют существованием в расплаве области, обогащен¬
ной легирующими элементами, эта область находится перед фрон¬
том затвердевания. По этой причине температура ликвидуса
сильно снижается и рост столбчатых кристаллов замедляется,
равноосные кристаллы вблизи фронта затвердевания успевают
вырасти и закрепиться в этой области. Так, зарождается зона
равноосных кристаллов, которая обычно простирается до сердце¬
вины слитка.
Верхняя зона расплава после образования слоя равноосных
кристаллов толщиной в несколько сантиметров может сильно
обедниться свободными кристаллами, спустившимися в донную
часть слитка. В этом случае затвердевание может развиваться
благодаря теплопроводности твердой оболочки и привести к об¬
разованию нового слоя столбчатых кристаллов. Как правило, их
ориентировка менее выражена, чем у первых, так как температур¬
ный градиент уменьшился и его направленность ослабла.
Таким образом, возникает определенная периодичность
структуры в радиальном направлении слитка. Слиток на микро¬
фотографии 536/1 имеет двойное кольцо из столбчатых кристал¬
лов: первый хорошо упорядоченный слой в головной части слитка
простирается на толщину от 4 до 30 см от стенки изложницы, а
на половине высоты слитка на толщину от 5 до 45 мм; второй
слой, столбчатый характер которого выражен менее четко,
проходит на глубине от 70 до 140 мм в головной части и от 90
до 130 мм на половине высоты слитка. Кольца отделены друг
от друга слоем очень мелких равноосных зерен.
Существуют и другие модификации развития зоны столбча¬
тых кристаллов, например, под влиянием силы тяжести или пере¬
мешивания. Опыты с электромагнитным перемешиванием пока-
Il
зали, что если прекратить перемешивание после определенного
времени затвердевания равноосных зерен, то снова возникает
зона столбчатых кристаллов (рис. 19). Этот тип перемешивания,
при котором на свободные кристаллы воздействует центробеж¬
ная сила, аналогичен гравитационному.
Рис. 19. Повторное появление
зоны столбчатых кристаллов
после прекращения переме¬
шивании (по Лангенбергу и
ДР)
Зона равноосных зерен
Затвердевшие равноосные зерна, хорошо выявляющиеся
в сталях, не испытывающих превращения (ф. 505/2), имеют
полигональную форму, которая является результатом роста
свободных равноосных дендритов до их взаимного соприкос¬
новения. Дендритная форма является переходной, она устойчива
лишь в присутствии расплава и может наблюдаться либо при
сливании расплава (ф. 516/1), либо при наличии ликвации
(ф. 520/1).
Величина этих зерен, или дендритов может изменяться в ши¬
роких пределах: от 1 мм в донной части (ф. 536/1) до нескольких
сантиметров в головной части слитка. Очевидно, что величина
зерна при данном объеме расплава зависит от числа зародышей.
Если зародыши возникают внутри расплава и растут при от¬
рицательном температурном градиенте, то получаются свободные
дендриты, т. е. дендриты, не закрепленные на холодной стенке,
Рис. 20. Структурное переохлаждение перед фронтом затвердевания
(по Чалмерсу):
1 — температурный градиент d расплаве; 2 — температура ликвидус;
Е; E0 — концентрация примесей в слитке и в исходном расплаве соот¬
ветственно; х — расстояние от поверхности раздела
и тогда тепло от них отводится через расплав. Эти дендриты всегда
равноосны, даже когда они растут в области с направленным теп¬
лоотводом.
Механизм образования зародышей равноосных зерен неиз¬
вестен. Однако можно сказать, что зарождение происходит либо
при завершении образования зоны столбчатых кристаллов, либо
даже в момент заливки стали в изложницу. Первая гипотеза,
принадлежащая Вайнгарду и Чалмерсу [17], основывается на
существовании жидкого ликвированного слоя в контакте с по¬
верхностью затвердевания. Профиль концентрации на поверх¬
ности затвердевания представлен диаграммой на рис. 20, а,
согласно результатам Кона [18], температура ликвидуса на этой
поверхности имеет минимум (рис. 20, б).
На определенной стадии развития зоны столбчатых кристал¬
лов температурный градиент в расплаве ослабевает и возникает
зона структурного переохлаждения, которая способствует за¬
рождению новых зерен перед столбчатыми кристаллами, и тем
самым тормозит развитие последних.
Вторая гипотеза (Чалмерс [19]) предполагает, что зарожде¬
ние происходит в момент разливки, так что зона равноосных
кристаллов обусловлена ростом зародышей, которые сохранились
в расплаве на начальной стадии затвердевания. Действительно
можно себе представить, что контакт между холодной изложницей
и потоком жидкого металла в сочетании с мощной струей при
разливке может дать большое число кристаллитов, часть которых
образует зону в виде тонкого слоя, прилипшего к стенкам, а
остальные находятся в расплаве во взвешенном состоянии.
12
C помощью последней гипотезы можно объяснить ряд наблю¬
даемых явлений.
Высокая температура расплава приводит к образованию мень¬
шего числа зародышей при разливке, так как при этом повышается
вероятность обратного растворения зародышей в расплаве.
Число равноосных зерен оказывается недостаточным для того,
чтобы на ранней стадии кристаллизации остановить развитие
зоны столбчатых кристаллов, в результате чего эта зона расши¬
ряется.
При низких температурах разливки наблюдается обратная
картина. В самом деле.„внутри столбчатой зоны слитка можно,
найти изолированные, равноосные, разориентированные кри-.
^сталлы (ф. 535/3). Эти зерна развиваются из зародышей, которые
"возникли в начале разливки Из-за охлаждения жидкого металла
_в результате контакта с изложницей-[19].
■рассмотренная гипотеза позволяет учесть также роль тех
зародышей, которые образовались путем гетерогенного зарожде¬
ния. Эти посторонние зародыши приобретают особое значение
в некоторых сталях, склонных к образованию широкой зоны
столбчатых кристаллов, следовательно, подверженных хруп¬
кости при прокатке, и хладноломкости. Согласно некоторым дан¬
ным [20], специальные и модифицирующие добавки играют роль
либо непосредственно зародышей, либо составных частей зароды¬
шей: добавки могут также растворяться в расплаве, повышая
структурное переохлаждение. В результате получаются равно¬
осная зона значительных размеров и очень узкая зона столбча¬
тых кристаллов.
3. ПЕРИОДИЧНОСТЬ ОСЕВОЙ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ
слитков
Во многих литых заготовках, особенно н больших слитках
для ковки, наблюдается наслоение зон равноосных кристаллов
различного размера, напоминающее явление седиментации.
Эта структура обусловлена, с одной стороны, гравитацион¬
ным эффектом, а с другой, — термическим.
Влияние силы тяжести
Рис. 21. Форма зоны столбча¬
тых кристаллов в дониой части
слитка
Поскольку плотность свободных кристаллов приблизительно
на 4% выше плотности жидкой стали, эти кристаллы склонны
к оседанию. Свободные кристаллы часто содержат окисные вклю¬
чения, которые являлись твердыми зародышами и, увеличив свою
массу в результате кристаллизации, либо спустились на дно,
либо при оседании были задержаны дендритами. Скопления срав¬
нительно чистых кристаллов, с одной стороны, способствуют
образованию отрицательной ликвации, а с другой стороны, за¬
держивают развитие столбчатых
кристаллов.
Осаждение свободных кри¬
сталлов происходит довольно
быстро, например, показанная
на микрофотографии 536/1 зона
столбчатых кристаллов в кон¬
такте с основанием изложницы
после 3 мин блокируется очень
мелкими равноосными кристал¬
лами. Зона столбчатых кристал¬
лов у стенок продолжает утол¬
щаться и дает картину, схема¬
тически изображенную на рис.21.
В нижней части этой зоны в обо¬
лочке из столбчатых кристаллов
видна усадочная раковина.
Осаждение кристаллов было наглядно продемонстрировано
опытами, в которых отливки опрокидывали перед наступлением
окончательного затвердевания (Бисра [22]). Опыты дали следую¬
щие результаты (рис. 22). Горизонтальная квадратная отливка
со стороной 100 мм из стали с 0,25% С, которая в течение 3 мин
частично затвердела, имеет в верхней части зону столбчатых
кристаллов, а в нижней — зону равноосных кристаллов. После
опрокидывания отливки верхняя стенка в новом положении
покрывается столбчатыми кристаллами, а нижняя стенка —
осадком из равноосных кристаллов.
Эти опыты показывают, что скорость осаждения свободных
кристаллов довольно высока, что это осаждение препятствует
развитию зоны столбчатых кристаллов и что зона столбчатых
кристаллов может снова возникнуть в расплаве, свободном от
зародышей,
В слитках большей высоты рассмотренные гравитационные
явления осложняются наличием конвекционных потоков.
В слитках большего диаметра свободное осаждение (седи¬
ментация) может быть усилено, если уменьшить влияние боко¬
вых стенок. Парсонс и Дункан [23] осуществили даже избира¬
тельное охлаждение через чугунное основание 20-т слитка,
который был отлит в цилиндрическую форму из керамического
4∣IIIIIIIIIIIIIIHI∣l∣∣π∣l∣T∣∏TΓ7
v÷+÷v√++jλ¾v√jλ
+ X +÷ X + + + + +
4.+ + + T + ++ 4- 4
ill,
Рис. 22. Структура отлипни, перевернутой do иремя затвердевания
материала; температура головной части слитка поддерживалась
с помощью горелки. Это вертикальное охлаждение, которое дей¬
ствует в том же направлении, что и гравитационный эффект,
вызывает кристаллизацию, схематически представленную на
рис. 23 [24]. В контакте с основанием находятся параллельные
контуры затвердевания и четко выраженная зона столбчатых
кристаллов; затем следует слой равноосных дендритов, который
Рис. 23. Первичная структура 20-т слитка Парсонса и Дункана.
Охлаждение преимущественно через ссноиание. Периодическая столбча¬
тая кристаллизация на фоне равноосных зерен
сменяется зоной удлиненных дендритов типа столбчатых кри¬
сталлов. Ориентация вытянутых зерен тем менее заметна, чем
дальше они находятся от холодного основания. Диаметр зоны
столбчатых кристаллов суживается кверху из-за растущего
во времени влияния стенок изложницы.
Если предположить, что рост столбчатых кристаллов за¬
держивается осаждением свободных кристаллов и что возобнов¬
ление роста происходит в условиях градиента температур при
отсутствии достаточно развитых свободных кристаллов, то пе¬
риодичность кристаллизации можно объяснить существованием
флуктуаций образования и роста свободных кристаллов.
Флуктуация
при образовании равноосных дендритов
В обычных слитках, в которых по сравнению с рассмотрен¬
ными выше боковые стенки расположены ближе друг к другу
и имеют лучшую теплопроводность, на периодичность оказывает
дополнительное влияние распределение температуры в радиаль¬
ном и вертикальном направлениях, последнее из которых опре¬
деляет конвекционные потоки [25]. Периодическая структура
здесь состоит не из горизонтальных слоев, а из наслоений ко¬
нической формы.
Одной из причин этого может быть преимущественное обра¬
зование свободных кристаллов вблизи затвердевших слоев.
Эти равноосные кристаллы оседают, а возможно, увлекаются
1п
Рис. 24. Общая схема осе¬
вой периодической кристал¬
лизации в 3,5-т слитке
(ф. 54I)
нисходящим потоком вдоль этих слоев и из свободных кристал¬
лов получается осадок V-образной формы.
Периодичность осевой V-образной кристаллизации может со¬
ответствовать циклам возникновения и осаждения свободных
кристаллов. Паузы между циклами могут быть обусловлены
кратковременным выделением тепла благодаря образованию
кристаллов. Температурные флуктуации порядка одного гра¬
дуса оказываются достаточными, чтобы задержать или, напротив,
вызвать рост свободных кристаллов в расплаве.
Структура каждого слоя значительно изменяется от слитка
к слитку. Однако характерным является пример 3,5-т слитка
(ф. 541), кристаллизация которого схематически показана на
рис. 24. Первый слой мелких рав¬
ноосных кристаллов возвышается
над слоем столбчатых кристаллов,
образовавшихся в контакте с осно¬
ванием, за ним следует V-образный
слой, состоящий сначала из мел¬
ких, а затем из все более крупных
кристаллов, структура завершается
без перехода слоем, аналогичным
первому.
В слитках массой более 20-ш
седиментация выражена еще отчет¬
ливее: V-образные слои округлых
дендритов находятся между слоями
с более крупными равноосными
дендритами (ф. 645). Зона, подвер¬
женная этой V-образной кристал¬
лизации, суживается к головной
части слитка. Число слоев растет с
увеличением массы слитка. У 20-т
слитка их может быть два или три
(ф. 537/1), а у 135-т [26] и 75-т
[271 от IO до 20 независимо от того,
производилась ли разливка под
вакуумом или без него. Однако в
некоторых 25-т слитках, разли¬
тых в вакууме, такая периодично¬
сть отсутствует, о чем свидетель¬
ствуют, по крайней мере, серные
отпечатки. В определенной части
слитков, содержащих V-образные
ликвации, это явление также не
обнаруживается. Примером может
служить 4-т слиток (ф. 502/2) из
высокоуглеродистой стали холодной
разливки, не имеющий зоны столб¬
чатых кристаллов.
Верхние слои V-образной зоны кристаллизации могут со¬
держать отдельные крупные дендриты, что может дать в попереч¬
ном сечении слитка в мелкозернистой зоне кольцо из больших
равноосных кристаллов (ф. 545/3). Иногда эти крупные кристаллы
находятся в основании воронки в форме V; на микрофотографии
453 видны вытянутые, немного изогнутые кристаллы, которые
оторвались от фронта затвердевания и погрузились на дно «во¬
ронки» из мелких равноосных кристаллов.
Дефекты,
обусловленные осевой периодичностью
Осевая головная часть слитка часто бывает заполнена боль¬
шими равноосными дендритами диаметром в несколько санти¬
метров (ф. 537/2). Это приводит к закупориванию головной
части — особенно в прямых изложницах — и жидкая сталь
не может выравнять усадку находящегося под ними металла.
Так, получаются вторичные усадочные раковины.
Даже в этом случае, когда слой очень мелких кристаллов
(округлых дендритов) осаждается на слой неполностью затвер¬
девших равноосных кристаллов, он может стать квазинепрони-
цаемым для расплава, который должен выравнивать усадку
нижележащего слоя. Тогда под слоем округлых кристаллов воз¬
никают микрораковины, которые иногда называют V-образной
пористостью.
Наконец, возможные дефекты контакта между различными
V-образными слоями могут сопровождаться ликвацией такой же
формы и периодичности V-образной ликвацией. Как и в предыду¬
щем случае, этот дефект может быть обусловлен плотной струк¬
турой равноосных дендритов или низкой жидкотекучестью не¬
которых сталей.
13
Глава 3
ЛИКВАЦИЯ В СЛИТКАХ
Две основные причины ликвации в сплавах рассмотрены
в первом томе настоящей книги. Первая причина —это расстоя¬
ние между линиями ликвидус и солидус на диаграмме состояния
(интервал затвердевания), вторая — низкий коэффициент диф¬
фузии растворенных элементов. Так, элементы, растворенные
н стали, обычно снижают точку плавления железа, кристалли¬
зация ведет к частичному выделению этих элементов и постепен¬
ному обогащению ими оставшегося расплава. Эта ликвация про¬
является как в масштабе зерен (микро-, или дендритная ликва¬
ция), так и в масштабе отливки или слитка (макроликвация).
Два вида ликвации имеют различный характер (второй вид обус¬
ловлен влиянием массы), однако они обладают и общей чертой:
жидкость, состав которой изменился в результате ликвации, бу¬
дучи вытеснена кристаллами после затвердевания, дает зоны
соответствующего состава в слитке.
Кроме того, макроликвация может привести к локальной
неоднородности, например к темным линиям, описанным в конце
этой главы.
1. микроликвация
Микроликвация — это ликвация в масштабе затвердевших
зерен. Если предположить, что растворенные элементы имеют
низкий коэффициент диффузии в стали, то изменение концен-
+77
Рис. 25. Иэменение’концентрации кристаллов во время
затвердевания
При температуре начала затвердевания θ0 зародыши имеют
концентрацию х0. При более низкой температуре θ внешний слой
кристаллов обогащается растворенными элементами и из-за
слабой диффузии концентрация в сердцевине становится рав-
ной Xq вместо Xq. В момент исчезновения расплава кристаллы на*
ходятся во взаимном контакте, межкристаллические простран¬
ства Sf содержат растворенный элемент в количестве Xft центры
зерен Sq имеют концентрацию x∣; средняя концентрация хт
равна исходной концентрации расплава х.
Градиент концентрации между центром и краем зерна тем
больше, чем меньше зерна, чем короче выдержка при данной тем¬
пературе (быстрое затвердевание) и чем медленнее диффундирует
соответствующий элемент. Этот градиент концентрации может
быть уменьшен либо путем увеличения времени выдержки при
14
высокой температуре (гомогенизация), либо путем механиче¬
ского сближения ликвированных зон ковкой или прокаткой.
Локальный анализ состава соседних зерен, выполненный для
молибдена с помощью микрозонда конструкции Кастена, дает
распределение, показанное на рис. 26 [28]: область постоянной
концентрации в «чистых» дендритных осях и быстрое возрастание
2,(7
/,5
—
---
-
—
Hn
КО
— -
—
....
-i
Ч Д5
но
I
ft
д
J
—-
\
О ЮО MO 300 MO 500 600 700 800 900
Расстояние,пкп
Рис. 26. Кривая ликвацни молибдена в сплаве
Fe-C-Mn-Mo (по Филиберту и Бьюлею)
содержания молибдена в междендритных пространствах и между
ветвями и тех же дендритов. В табл. 1 и 2 приведены концен¬
трации некоторых элементов в дендритных осях и междендрит¬
ных пространствах.
ТАБЛИЦА 1. СТЕПЕНЬ ЛИКВАЦИИ В ТРОЙНЫХ
ЖЕЛЕЗНЫХ СПЛАВАХ
(1-/С2 слитка) [28]
Состав стали
^max∕^min
Состав стали
cmax∕cmin
0,32% С+0,29% As
0,47% C+0,50% Cr
42,0 (As)
4,0 (Cr)
0,52% C+0,51% Mn
0,46% C+1,48% Ni
1,6 (Мл)
1,0 (Ni)
Примечание: Стах — концентрация элемента в междендрнт-
ных пространствах; Cmin — то же. п дендритных осях. В скобках ука¬
зан ликвирующий элемент
ТАБЛИЦА 2. МИКРОЛИКВАЦИЯ В IOO-zn
СЛИТКЕ ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ [2б]
P
Mo
Cr
Ni
^max
0,09
0,95
1,05
3,25
Cmin
0,01
0,13
0,55
2,40
Cma∖∕Cm∣n
9
7,3
1,9
1,35
Следует, однако, заметить, что сера, очень мало растворимая
п стали, склонна к заметной ликвации, образованию отдельной
фазы. При отсутствии углерода ликвация легирующих элемен¬
тов обычно незначительна (ф. 565).
Форма зерен во время затвердевания
Ликвация влияет на рост зерен. В начальной стадии роста
зародыш имеет характерную для него форму (кристаллический
габитус), если речь идет о свободных кристаллах, которые за¬
тормаживаются в своем развитии лишь к концу затвердевания.
Связь кристаллов друг с другом приводит затем к получению
затвердевших зерен, имеющих обычно полигональную внешнюю
форму.
Форма кристаллов, образовавшихся в присутствии расплава,
может быть очень простой; например, в некоторых сплавах
(ф. 516/4) или при наличии определенных тугоплавких включе¬
ний в сталях кристалл обычно имеет форму выпуклого тела с плос¬
кими гранями. В большинстве же металлов и сплавов во время
затвердевания кристаллы принимают очень сложную форму,
например дендритную.
Дендритная форма кристаллов была обнаружена еще Черно¬
вым (29] в усадочных раковинах больших слитков; при удале¬
нии расплава можно наблюдать большие кристаллы, имеющие
эту переходную дендритную форму (ф. 516/1—3).
Появление дендритных образований обусловлено, с одной
стороны, наличием температурного градиента на поверхности
затвердевания, а с другой стороны, — наличием жидкой пленки,
обогащенной растворенными элементами, вытесненными кри¬
сталлами. Если тепло отводится через переохлажденную жид¬
кость, даже когда степень переохлаждения очень мала, каждый
случайный выступ, который появится на поверхности кристалла,
оказывается в зоне пониженной температуры и таким образом
приобретает склонность к росту. Это обычно происходит в осе¬
вой зоне слитка. Если же тепло отводится через твердый металл
(положительный температурный градиент на поверхности за¬
твердевания), каждый твердый выступ, который проникает в ле¬
жащую перед кристаллом область структурного переохлажде¬
ния, имеет тенденцию к росту с образованием дендритных осей
[30].
Во время роста на осях возникают боковые образования или
дендритные разветвления. Регулярность в их расположении
можно пояснить с помощью описанного механизма следующим
образом: тепло, отводимое путем роста боковых выступов (или
множеством вытесненных элементов), препятствует образованию
новых выступов на этих дендритных осях; они могут возникнуть
только на расстоянии, которое зависит от градиента концентра¬
ции перед поверхностью затвердевания. Чем выше скорость
отвода тепла, тем меньше расстояние между дендритными гнез¬
дами и тем большую разветвленность имеет дендрит (величина
дендрита зависит от расстояния, на котором находятся ближай¬
шие соседние дендриты); и, наоборот, при малых градиентах тем¬
пературы и концентрации рост дендритов затрудняется и раз¬
ветвления менее развиты; дендриты имеют более простое строе¬
ние, толстые оси и почти округлую форму.
Зона равноосных и глобулярных кристаллов
В оболочке слитка, состоящей из столбчатых кристаллов,
нередко наряду с сильно разветвленными дендритами возникают
более компактные. Первые можно наблюдать при травлении
образца реактивом, содержащим медь, и с помощью авторадио¬
графии (равноосные дендриты). Кристаллы второго типа меньше
по размерам и менее разветвлены (ф. 543). Эта компактная форма
может быть обусловлена нарушением роста свободно развиваю¬
щихся дендритов из-за изменения температуры или концентра¬
ции жидкой среды.
Такие условия возникают при образовании зародышей
в момент разливки и захвате их жидкой сталью. Спустя неко¬
торое время, растущие кристаллы могут либо закрепиться на
вертикальном фронте затвердевания, либо опуститься на дно
и участвовать в периодической кристаллизации в осевой части
слитка. •
При выяснении других причин округлости формы следует
принять во внимание межфазное натяжение [31], на которое
влияет слой примесей. Межфазное натяжение несомненно иг¬
рает решающую роль в образовании включений, которые форми¬
руются в жидком металле. Включения могут либо «смачивать»
кристаллы железа (как в случае FeS), либо группироваться в ша¬
ровидные образования (FeO, силикаты, кремниевая кислота),
либо образовывать полиэдры (MnS) или дендриты.
Дендриты и первичные зерна
Когда процесс затвердевания завершен и зерна граничат
друг с другом, благодаря микроликвации все еще выявляется
переходная дендритная форма (ф. 517 и 519). Характерным в этом
смысле является 4-т слиток из высокоуглеродистой стали, сли¬
тый перед окончанием кристаллизации зоны столбчатых кристал¬
лов. На микрофотографиях 519 видно, что в перпендикулярном
сечении столбчатых кристаллов с общей ориентацией <J00≥
дендритные оси пересекаются под прямым углом. Вершины столб¬
чатых кристаллов в контакте с расплавом имеют пирамидальную
форму с квадратным основанием (ф. 518/2, 3). Микрофотография
519/2 наглядно иллюстрирует рост кристаллов в расплаве:
здесь можно видеть очень маленькие сфероидальные кристаллы,
затем более крупные крестообразные, и, наконец, хорошо раз¬
витые разветвленные дендриты (ф. 520/1). Это, однако, весьма
приближенная картина: в действительности, часть жидкой стали
остается повисшей на дендритах, застывает там и делает их более
частыми и округлыми.
После окончательного затвердевания зерна образуют не¬
прерывную структуру (ф. 520/1) и тогда можно отличить гра¬
ничащие друг с другом собственно затвердевшие зерна от их
дендритных скелетов, образовавшихся к началу затвердевания;
Рис. 27. Смещение границ v-эерен сразу после затвер¬
девания в уобласти (см. ф. 521/1)
в некоторых специальных сталях дендритные оси развиты слабо,
однако они могут быть выявлены благодаря выделениям на гра¬
ницах затвердевших зерен [16].
В поперечном сечении зоны столбчатых кристаллов дендрит¬
ные оси в любом зерне пересекаются под прямым углом. Ориента¬
ция дендритов в этой же плоскости меняется от зерна к зерну.
Они повернуты вокруг оси -≤10CΓ>, перпендикулярной к плос¬
кости фотографии; часть зерен содержит несколько дендритов
одинаковой ориентации. На этой фотографии можно видеть
совпадение между затвердевшими зернами, которые заметны
благодаря их дендритным осям, и у-эернами, очерченными белой
каймой феррита: следовательно, затвердевание этой стали про¬
текало в у-области. Это совпадение, однако, не является полным:
микрофотографии 521/1—3 показывают, что концы дендритных
осей могут быть пересечены границей затвердевшего зерна —
здесь границей у-зерна. Твердые кристаллы, таким образом,
претерпевают локальную перестройку границ зерен, направ¬
ленную к достижению минимума поверхностной энергии (рис. 27).
Случай, при котором сталь во время или после затверде¬
вания испытывает еще и фазовое превращение, будет описан
ниже.
Внутри-
и междендритная ликвация
Дендритные оси, сравнительно чистые от растворенных эле¬
ментов, нередко содержат окисные включения. Силикаты и алю¬
мосиликаты находятся либо в дендритных осях, либо в непо¬
средственной близости от них (ф. 521/3, 4), часто они окружены
также ферритной оторочкой. Однако неизвестно, служили ли
эти включения зародышами при кристаллизации [32] или были
задержаны дендритными разветвлениями. В случае области
столбчатых кристаллов приемлемой кажется последняя гипотеза.
Силикатные включения имеют довольно сложное строение,
они могут содержать сульфиды в виде внутренних шаровидных
выделений или в виде продолговатых капель, закрепленных под
поверхностью стекловидного включения (ф. 535/3). Это указы¬
вает на некоторую растворимость серы в жидком включении
[33] с разделением на две различные фазы во время охлаждения.
Напротив, свободные сульфиды находятся в зонах ликва¬
ции. Если они появляются на ранней стадии затвердевания, то
локализуются между дендритными ветвями или в междендрит¬
ных пространствах. В слитках, раскисленных кремнием, суль¬
фиды имеют округлую форму (ф. 571/1) типа I, в сильно раскис¬
ленных сталях — многоугольную (ф. 572) типа III [34], т. е.
форма сульфидов связана со степенью раскисления стали. Если же
сульфиды образовались позже, то они локализуются на грани¬
цах первичных зерен; это бывает в сталях с низким отношением
15
Mn : S, н которых встречается непрерывная сетка FeS вокруг
первичных зерен (причина красноломкости). Еще чаще это на¬
блюдается в сталях, раскисленных кремнием и алюминием без
избытка алюминия: сульфиды располагаются на границах пер¬
вичных зерен и имеют дендритную форму типа II (ф. 571/2).
Сами сульфиды довольно часто появляются в ферритных обла¬
стях (ф. 521/7), так как при охлаждении феррит образуется в лик-
вационных зонах. Следует еще отметить, что углерод во время
затвердевания концентрируется в междендритных простран¬
ствах — это первичная ликвация. Тем не менее после охлажде¬
ния перлит — или иначе углерод — иногда находят в дендрит¬
ных осях, а феррит — в междендритных пространствах. Эта
«инверсия» углерода дает вид ликвации, который иногда на¬
зывают вторичной ликвацией.
Если усадка расплава происходит без последующего запол¬
нения свободного пространства жидким металлом, то между ден¬
дритными ветвями (ф. 521/5), а также между первичными зер¬
нами возникают усадочные микрораковины. На микрофотогра¬
фии (ф. 521/6) междендритные пространства заняты либо уса¬
дочными раковинами, либо металлом, претерпевшим ликвацию
и состоящим из белого феррита и светлого перлита.
Эти усадочные микрораковины в слитке, который был слит
в момент образования зоны равноосных зерен, могут формиро¬
ваться в ряды, выстроенные в направлении течения жидкого
расплава. Фронт затвердевания 4-zn слитка (ф. 523), слитого
из донной части, имеет маленькие усадочные раковины, которые
сопровождаются концентрационной неоднородностью в направ¬
лении центра донной части слитка.
Еще лучшим примером служат междендритные сетки микро¬
неоднородности (ф. 524/6 и 531/3), которые обусловлены либо
с у-структурой (рис. 28). На микрофотографиях 525 показаны
примеры частичного или полного совпадения этих структур.
Различие между первичными и вторичными зернами (у-зернами
в стали, затвердевающей в 6-фазе) в хрупких слитках может
быть очень значительным. Фактически хрупкость первичных
зерен обусловлена наличием междендритной ликвации, прежде
всего сеток микронеоднородности и рядов усадочных микрора¬
ковин (например, в темных ликвационных полосах, ф. 544).
Хрупкость границ вторичных зерен, напротив, обусловлена
образованием различных выделений: окислов, сульфидов, кар¬
бидов, нитридов (ф. 527) или слабоокисляющихся металлов,
например меди. Выделение может иметь место -еще в а-области,
например выделение цементита на границах ферритных зерен
в медленно охлажденных малоуглеродистых сталях.
Итак, можно сказать, что хрупкость литого металла обус¬
ловлена либо ликвацией серы и фосфора во время затвердевания,
либо межкристаллическими выделениями, возникшими после
затвердевания.
Отсутствие соответствия между первичной и вторичной струк¬
турами свидетельствует также о том, что столбчатые кристаллы,
наблюдаемые в легированных или нержавеющих сталях (ф. 529),
не всегда являются теми зернами, которые входят в столбчатую
зону слитка, образовавшуюся непосредственно при затверде¬
вании. В частности, многие нержавеющие стали имеют сильно
развитые столбчатые кристаллы, часто простирающиеся до центра
слитка; для сталей с 16% Cr и 14% Ni или 25% Cr и 20% Ni
(ф. 505/4) эти столбчатые кристаллы фактически представляют
собой первичные структуры, так как эти стали затвердевают
в у-области. При низком содержании никеля, например в ста¬
лях с 18% Cr и 8% Ni или 18% Cr и 10% Ni, затвердевание
а — v-затпердеианнс: совпадение v-деидритов и затвердевших v-эерен; такая же схема допустима и для специальных
ферритных сталей; б— 6-затвердевание: затвердевшие 6-эсрна и отчетливые вторичные у-зерна; а—то же, что и б, но после
у— a-превращения (стали с низким содержанием углерода; дендритные оси ради четкости опущены)
неправильным профилем изложницы, либо очень горячей раз¬
ливкой, дающей толстые дендриты; в результате возникает красно¬
ломкость (ф. 584/6).
6- и у-затвердевание
Кристаллические превращения железа происходят в боль¬
шинстве сталей и дают во время охлаждения различные нала¬
гающиеся друг на друга структуры. Обычно различают следую¬
щие виды структур [35]: 1) первичная структура, или структура
затвердевшего металла (дендритная): 2) вторичная, или аусте¬
нитная структура; 3) третичная, или ферритная структура (со¬
ставляющие, которые возникают в результате распада аустенита).
Простейший пример для стали с достаточно высоким со¬
держанием углерода представлен на микрофотографиях 20,
первичная структура (определяется по дендритным скелетам)
совпадает со вторичной, которая выявляется ферритной сеткой
на границах у-зерен.
Прй содержании углерода ниже 0,5% стали затвердевают
в области перитектики независимо от того, легированы они или
нет. В этом случае сталь может затвердеть частично или пол¬
ностью в виде 6-фазы, при этом сначала образуются первичные
6-дендриты, а затем после полного превращения получаются
вторичные у-зерна. Первичная структура больше не совпадает
16
в 6-области дает довольно узкую зону затвердевания столбчатых
кристаллов и значительную область равноосных зерен (ф. 529/2),
а вторичные у-кристаллы (которые в этих сталях выявляются
гораздо лучше, чем дендриты) проникают до сердцевины слитка.
Можно также получить вторичную структуру со столбчатыми
кристаллами и равноосными зернами (ф. 529/4).
2. МАКРОЛИКВАЦИЯ
Макроликвация обогащает расплав примесями и благодаря
подвижности расплава примеси концентрируются в последней,
еще жидкой зоне. Отсюда следует перераспределение различных
элементов в масштабе слитка, т. е. общая химическая неодно¬
родность.
Эта картина изменяется при перемещении свободных кристал¬
лов относительно расплава. Расплав течет вдоль холодных сте¬
нок изложницы и затем после обогащения легирующими эле¬
ментами поднимается вдоль оси в направлении головной части
слитка. Некоторые элементы снижают плотность расплава и тем
самым способствуют восходящему движению жидкости. Благо¬
даря этому сера и фосфор обнаруживаются в центре головной
части слитка.
Свободные кристаллы имеют тенденцию оседать вместе с теми
включениями, которые находятся в этот момент в расплаве.
Ими могут быть твердые или частично кристаллизованные стекло¬
образные включения (силикаты или алюминаты), которые были
Рис. 29. Фронт за¬
твердевания, опре¬
деляемый по радио¬
активной добавке в
1170-кг слитке после
окончания разливки
(по Кону)
захвачены дендритами, или те, которые служили зародышами.
Действительно, алюминя в силикатах находят больше в дон¬
ной части слитка, чем в головной [33]; включения в головной
части, как правило, стеклообразные (силикаты).
Потоки расплава были выявлены при введении радиоактив¬
ных' элементов [25, 26] в различных стадиях затвердевания;
была получена серия последовательных
которых содержала свободную жидкость
(рис. 29) [37]. Кроме того, высокая кон¬
центрация радиоактивных элементов на¬
блюдалась вдоль фронта затвердевания.
Так как эти перемещения являются
функцией времени, то отсюда следует,
что сталь, быстро затвердевшая в кон¬
такте с изложницей, имеет состав, сход¬
ный с составом расплава. Напротив,
головная часть слитка долгое время
остается жидкой и поглощает большую
часть легирующих элементов, вытеснен¬
ных из затвердевших кристаллов, в ре¬
зультате чего возникает положительная
ликвация. Донная часть слитка часто
обедняется этими элементами и может
дать отрицательную ликвацию, иначе го¬
воря, может быть менее легирована, чем
расплав. Фактически периодическая лик¬
вация, обнаруживаемая в осевой части
слитка, совпадает с периодической кри¬
сталлизацией.
Макроликвацию в общем виде ха¬
рактеризует график распределения кон¬
центрации легирующих элементов. На
рис. 30 [26] показана ликвация угле¬
рода в осевой плоскости 135-∕π слитка
из углеродистой стали. Степень ликва-
∆c
ции определяется отношением где
∆c — разность концентрации в какой-то точке и в расплаве (с).
Другие элементы склонны к ликвации больше или меньше,
чем углерод: рис. 31 [26] показывает, что сера, цинк и фосфор
ликвируют сильнее, a Mo, Mn, Si, Ni, Cr много слабее. Степень
ликвации увеличивается с возрастанием массы слитка. Это
относится к положительной ликвации. Отрицательная ликвация
стремится к пределу, который зависит от природы и концентра¬
ции различных составляющих стали.
3. МЕСТНАЯ ЛИКВАЦИЯ
Кроме общего перераспределения растворимых и нераство¬
римых компонентов стали, в слитках всегда имеются местные
неоднородности, либо на периферии (контуры затвердевания),
либо на половине длины радиуса (темные полосы), либо в сердце-
3 Металлография железа, т. III
вине (V-образная ликвация). Иногда встречаются нити металла,
состав которого изменен ликвацией протяженностью около 1 см,
которые называют нитями ликвации. Ликвация легирующих
элементов происходит здесь точно так, как описано выше.
Рис. 31. Степень ликвации различных элементов относи¬
тельно углерода (по Бастьену и др.):
AF
-τ5- — степень ликвации различных элементов;
степень ликвацни углерода
Контуры затвердевания
На сечениях слитков часто наблюдается серия линий, ко¬
торые почти параллельны поверхности слитка. Их можно видеть
как в поперечном (ф 530/3), так и в продольном сечении слитков,
отлитых в изложницу (ф. 523/4) или полученных непрерывной
разливкой (ф. 513/2; 515/4; 533/3). На серных отпечатках кон¬
туры затвердевания остаются белыми (ф. 583/1), а микроскопи¬
ческие исследования показывают отсутствие сульфидных вклю¬
чений в этих местах. После макротравления контуры затверде-
Расстопние от поверхности слит на, пн
Рис. 32. Иэменекне концентрации фосфора по¬
перек зоны с контурами затвердевания (поверх¬
ность слнтка — слева)
вания бывают черными или белыми в зависимости от применяе¬
мых реактивов. Эти линии, или контуры — сечение поверхно¬
стей, большей частью параллельных поверхности слитка. При
сильном увеличении видно, что контур представляет собой очень
тонкий слой чистого металла, вдоль которого в направлении
центра слитка следует слой менее чистого металла (рис. 32,
ф. 530/5; 539/4).
Здесь дендритные оси толще (ф. 531/4), но, как правило,
общий вид дендритов и зерен сохраняется (ф. 532/2) [38]. Кон¬
тур затвердевания иногда состоит из мелких равноосных ден¬
дритов [39], которые в каком-то месте могут нарушить непрерыв¬
ность зоны столбчатых кристаллов, например в том случае, если
фронт затвердевания идет горизонтально.
Толщина слоя, содержащего контур затвердевания, состав¬
ляет несколько сантиметров. Этот слой включает в себя, кроме
мелкозернистой, зону столбчатых кристаллов. Столбчатые кри¬
сталлы (ф. 532) могут иногда слегка изменить свое направление
Г Г И Bzl ЙОТEHA~ I 17
на пересечении с контуром, например, в опытах с изменением
направления электромагнитного перемешивания.
Контуры затвердевания возникают при кристаллизации
определенных металлов и неметаллов (40]. Они связаны с пе¬
риодическим появлением пленки ликвированного расплава пе¬
ред фронтом затвердевания, который очень быстро меняет свое
положение [41].
Установлено, что явление наблюдается и тогда, когда рас¬
твор подвергают бурному перемешиванию, например, с помощью
шуровки [31 ]; обновление маточного раствора в контакте с фрон¬
том затвердевания дает пленку из более чистого металла. Этот
процесс, хорошо известный для кипящих сталей, в данном слу¬
чае непродолжителен. Таким образом, контур определяет поло¬
жение фронта затвердевания в данный момент.
Сильные потоки, которые в состоянии дать контур, встре¬
чаются очень часто, и в большинстве случаев обусловлены по¬
токами самого расплава. Так как затвердевание донной части
слитка начинается до окончания разливки, она содержит кон¬
туры, которые обычно простираются до половины высоты слитка,
а затем постепенно исчезают (рис. 33).
Рис. 33. Обычное распре¬
деление контуров затвер¬
девания в краевой зоне
слитка
Рис. 34. Изолированные капли, умень¬
шающие толщину затвердевшего слоя
стали (см. ф. 551/3)
Контуры затвердевания различны не всегда в одинаковой сте¬
пени; на одной из сторон слитка они могут быть более четкими,
чем на остальных. Это обусловлено мгновенной децентровкой
потока расплава. Подобный случай показан для блюмса на микро¬
фотографии 583/3 и для заготовки, полученной непрерывной раз¬
ливкой, на микрофотографии 515/4.
Так как контуры характеризуют определенное положение
фронта затвердевания, т. е. являются изотермами, их можно
использовать для определения толщины слоя, который возникает
в первый момент затвердевания. В частности, там где слиток
имеет хороший контакт с изложницей, затвердевший слой толще,
чем в местах, где такой контакт отсутствует. На одной из сторон
слитка может быть несколько точек соприкосновения, которым
соответствует большая толщина затвердевшего слоя (ф. 534/2).
В углах затвердевание происходит быстрее, чем на плоских по¬
верхностях (ф. 533/3), по крайней мере, в начальный момент.
Дефекты на поверхности изложницы могут вызвать усадку
затвердевшей корки и, следовательно, отделение ее от стенки
изложницы. Тепловой контакт нарушают также газовые пузыри,
выступы огнеупоров или окисленного металла на стенках, пленка
окиси алюминия, избыток науглероженного покрытия изложницы
или трещины в ней (рис. 34). Твердая корка в этих местах тоньше,
например, у достаточно рано слитых слитков. Это иллюстри¬
руется также контурами, которые можно наблюдать в сечениях
на уровне выступов (ф. 551/3) или пузырей. В результате как
при обычной, так и при непрерывной разливке часто возникают
горячие трещины.
А-образные зоны ликвации
(темные ликвационные полосы)
Макроскопическое травление и серные отпечатки продоль¬
ного осевого сечения слитка выявляют темные линии, имеющие
небольшой наклон в направлении верхней части оси слитка.
Их обозначают как обратные V-образные, Л-образные, А-об¬
разные ликвационные зоны. В деформированных изделиях они
называются темными ликвационными полосами, однако этот
18
термин в настоящее время употребляется и для недеформиро-
ванных изделий.
Ликвации этого вида подвержены почти все слитки, малого
и большого размера из легированной (ф. 536/1; 545/4) и нелеги¬
рованной стали (ф. 502/2), независимо от того, разливались ли
они на воздухе или в вакууме. Темные полосы обнаруживаются
только в поковках, обработанных резанием на большую глубину
(ф. 575/3). Они имеют круглое поперечное сечение (ф. 546/2).
В слитках их бывает очень много, располагаются они на дугах,
которые группируются вокруг центра слитка (ф. 583/3). Диа¬
метр этих дуг уменьшается в направлении головной части слитка
(ф. 545/4). Темные полосы состоят из металла [42, 43], обога¬
щенного серой и фосфором (ф. 546/9). В высокоуглеродистых
сталях они могут содержать большие частицы карбидов (ф. 545/2).
Результаты тщательного анализа образца, изготовленного из
112-т слитка (ф. 546/6), приведены в табл. 3 [44]. Большое со¬
держание легирующих элементов придает темным полосам вы¬
сокую закаливаемость (ф. 546/7—9).
ТАБЛИЦА 3. ЛИКВАЦИЯ РАЗЛИЧНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ В 122-т СЛИТКЕ
ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ [44]
Содержанке элементо!
J. %
C
Sl
Mn
P
S
Cr
Mo
Nl
Расплав
0,30
0,30
0,73
0,018
t),017
1,66
0,49
2,13
Ликва-
ционная
зона
0,38
0,20
0,70
0,040
0,072
2,05
0,82
2,19
Распределение концентрации в поперечном сечении темной
полосы, например, приведенной на микрофотографиях 583/3
и 540, схематически представлено на рис. 35. Обычно градиент
концентрации по направлению к оси слитка менее резок, чем
на внешней стороне. Таким образом, с. помощью поперечного или
продольного сечения образца можно определить, где находится
ось слитка. В поперечном сечении темные полосы почти круглые,
с четко выраженными гребешками ликвации на стороне, удален¬
ной от оси слитка. Однако когда наклон этой полосы меняется
на 180° С, например в головной части некоторых больших слит¬
ков (ф. 581/8 и 651), более сильная ликвация наблюдается на
внутренней, т. е. обращенной к оси слитка стороне.
Рис. 35. Изменение концентрации фосфора в направлении, перпенди¬
кулярном темной ликвацконной полосе:
а — д-обраэиая темная полоса в корпусе слитка; б — V-образная тем¬
ная полоса (в головной части слнтка)
Кроме ликваций, темные полосы могут содержать усадоч¬
ные микрораковины (ф. 545/1), которые можно обнаружить либо
на изломах (ф. 544/1), либо на темплете после травления (ф. 535/3)
Они могут содержать также микротрещины (отсутствуют при раз¬
ливке в вакууме). Эти нарушения структуры, безусловно, более
опасны, чем сами области ликвации.
В зоне столбчатых кристаллов темные полосы отсутствуют,
они появляются в зонах равноосных (ф. 545/3) или удлиненных
(ф. 538/3) зерен. Обычно кристаллическая структура в областях,
подверженных ликвации, изменяется, и новые дендритные оси
сходятся в направлении темных полос (ф. 544/3—5). Однако
удлиненные дендриты могут пересекать темные полосы, слегка
изменяя направление или не изменяя его (ф. 538/3). Иногда
в больших слитках имеются темные полосы, которые после про¬
хождения зоны равноосных зерен, круто обрываются на границе
следующего V-обраэного слоя, состоящего из округлых ден¬
дритов (ф. 657).
Рис. 36. Форма фрон*
та затвердевания во
время седиментации
дендритов в осевой
зоне
Чтобы выяснить происхождение темных полос, было про¬
ведено много исследований [45]. Почти вертикальная нитевид¬
ная форма этих полос подсказала гипотезу, согласно которой
газовые пузыри, поднимаясь к расплаву, богатому свободными
дендритами [46], оставляют за собой след. След непосредственно
за этими восходящими пузырями заполняется ликвированной
жидкостью. Изогнутой формой темные полосы обязаны малой
скорости газового пузыря по сравнению с нарастающей скоростью
фронта затвердевания; можно предположить, что сильный наклон
в нижней части объясняется низкой скоростью пузыря в начале
подъема (ф. 654).
Темные ликвационные полосы имеют¬
ся также и в кипящих сталях, где они
начинаются на удлиненных газовых пу¬
зырях (ф. 560 и 562/1). В спокойных
слитках следы пузырей вблизи темных
полос обнаруживаются редко.
Природа газа в пузырях точно не
установлена. Поскольку их образованию
способствует низкое давление и высокая
концентрация маточного расплава, то,
очевидно, что в головной части слитка
должно находиться больше темных полос;
чем в донной. В донной части слитка эти
полосы очень короткие и менее четко вы¬
ражены (ф. 537/1); некоторые авторы [47]
рассматривают их как зародыши зон
V-образной ликвации. Темные полосы
имеются также в слитках, разлитых в
вакууме 10^1 мм рт. ст., однако они рас¬
положены вблизи поверхности слитка и,
видимо, образуются в начальной стадии
разливки.
Образование темных полос, вероятно, требует определенной
предварительной концентрации примесей. Эта концентрация
может быть достигнута в отдельных местах кольцевой зоны, на¬
ходящейся между зоной столбчатых кристаллов (которая вытал¬
кивает перед собой примеси) и дендритами, осевшими в расплаве.
Некоторые виды фронта затвердевания, видимо, обусловлены
наличием таких кольцевых зон, обогащенных примесями. На
некоторых серных отпечатках видна остроугольная поверхность
раздела между осевой V-образной зоной и вертикальным фрон¬
том затвердевания (рис. 36). Эта кольцевая ликвация, возможно,
связана с определенными эффектами деформации (ф. 574/2).
Ассиметричная форма кривой распределения концентрации
в поперечном сечении темной полосы может быть связана с цир¬
куляцией жидкого металла в области темной полосы (со стороны
корки слитка), вызванной газовыми пузырями: кроме того, лик-
вированный расплав на стороне, обращенной к оси слитка, дол¬
жен засасываться через слой дендритов, осевших перед фрон¬
том затвердевания.
V-образные зоны ликвации
В осевом сечении большинства слитков виден ряд наслое¬
ний в форме буквы V, которые обычно простираются от нижней
трети слитка до прибыльной части. Диаметр этих зон уменьшается
по мере приближения к головной части слитка [26]. В области
глобулярных кристаллов в донной части V-образные зоны лик¬
вации отсутствуют. Наличие этих зон свидетельствует о перио-
ТАБЛИЦА 4. ОСЕВАЯ V-ОБРАЗНАЯ
ЛИКВАЦИЯ В 100-т СЛИТКЕ ИЗ ЛЕГИРОВАННОЙ
СТАЛИ [20]
Содержание элементов, %
C
S
P
Si
Mn
Ni
Cr
Mo
Расплав
0,24
0,023
0,015
0,30
0,52
2,50
0,65
0,27
Верхняя
ликвацион-
ная зона
0,39
0,047
0,016
0,33
0,50
2,68
0,73
0,35
Чистая
зона
0,29
0,023
0,010
0,28
0,44
2,57
0,65
0,28
Нижняя
ликвацион-
ная зона
0,33
0,045
0,020
0,31
0,50
2,68.
0,72
0,36
Рис. 37. Изменение концентра¬
ции- фосфора* вдоль оси слитка:
P — донная чаете слитка; T —
головная, часть слитка; S —
случайная У-образная ликва¬
ция; т — концентрация фос¬
фора в расплаве
дических изменениях структуры в Осевой части Слитка. Число
их растет, как и при увеличении размеров слитка.
V-образные зоны ликвации представляют довольно' тонкие
конусообразные слои, разделенные такими же слоями металла
с незначительной ликвацией (ф. 540). На рис. 37 показано из¬
менение концентрации вдоль оси слитка с учетом общего изме¬
нения концентрации, показанного на рис. 28; был -проведен
детальный анализ областей с ликвацией и без ликвации для боль¬
ших слитков (табл. 4) [26]. В случае, если V-образные зоны лик¬
вации отсутствуют, распределе¬
ние концентрации, тем не менее,
сохраняет > периодичность, сов¬
падающую с периодичностью
кристаллизации (см. рис. 22).
Конусообразная ликвацион-
ная зона образуется, вероятно,
тогда, когда маточный расплав,
заключенный между двумя слоя¬
ми «пересекающихся» кристал¬
лов, благодаря усадке засасы¬
вается в нижний слой и заме¬
щается расплавом верхнего
слоя. Этот последний в свою
очередь питается «свободным»
плавающим над ним расплавом
и становится затем чище. По¬
этому над V-образной зоной
ликвации часто находится зона
сравнительного чистого металла.
Когда верхний слой кри¬
сталлов становится непроницае¬
мым либо из-за увеличения
компактности равноосных ден¬
дритов, либо из-за вязкости
расплава (например, при избы¬
точном раскислении алюминием),
жидкий металл из питателя не
имеет доступа к V-образной зоне.
В этом месте образуется ряд уса¬
дочных микрораковин, которые
обычно называют осевой пори¬
стостью.
Эта пористость (538/2) еще
более нежелательна, чем V-об¬
разные зоны ликвации; однако
поры могут завариться при про¬
катке или ковке. В связи с этим очень важно различать V-o6-
разную ликвацию и осевую пористость. Однако при обычном
методе получения серного отпечатка и пористость, и зоны лик¬
вации кажутся одинаково темными. Пористость может быть
выявлена либо путем «выпотевания», либо, еще лучше, с помощью
избирательного травления реактивом, содержащим медь. Тогда
ликвационные зоны станут светлыми и на светлой основе можно
будет различить черные поры (ф. 548/2); для сравнения приво¬
дится микрофотография, где пористость и ликвированный металл
темные и поэтому неразличимы.
/
Z
Нити ликвации
Иногда в сечениях обычных слитков или изделий, получен¬
ных непрерывной разливкой, встречаются нити из ликвирован-
ного металла длиной от одного до нескольких сантиметров, ориен¬
тированные в главном направлении столбчатых кристаллов.
Эти нити ликвации образуются во время затвердевания либо
постепенно в углах отливки, в местах пересечения столбчатых
кристаллов, либо в зоне столбчатых кристаллов,, ^де образуются
межкристаллические трещины, которые затем заполняются лик-
вированным металлом из еще незатвердевщей сердцевцны. Де¬
формацию твердой внешней оболочки в момент разрушения можно
видеть на поверхности изделия в виде продольной борозды в ча¬
стности, в изделиях, полученных непрерывной разливкой (ниж¬
няя сторона микрофотографии 533/3). Эти трещины служат для
расплава каналами, не связанными, однако, с поверхностью
литого изделия; они находятся в углу или вблизи угла — наи¬
более слабого места отливки. Нити ликвации образуют хрупкую
зону, богатую сульфидными включениями, которые после или
во время затвердевания могут дать трещины (584/5); их можно
затем видеть на поверхности.
Следует, однако, отметить, что трещины не всегда сопровож¬
даются нитями ликвации, даже если на серном отпечатке видны
темные линии. Различить трещины и ликвационные нити можно
так же, как V-образную ликвацию и осевую пористость.
19
Газовая ликвация
В спокойных сталях газы выделяются редко; когда они не
могут удалиться, то образуются подкорковые (ф. 517/5; 531/1)
или внутренние пузыри (ф. 549/3). Некоторые из этих пузырей
могут быть частично (ф. 533/2) или полностью (ф. 533/1) запол¬
нены жидкостью измененного состава; тогда это называют га¬
зовой ликвацией.
После деформации неокисленные пузыри завариваются,
а пузыри, которые расположены вблизи поверхности слитка,
окисляются и образуют линии (волосовины) на поверхности де¬
формированного изделия; из
пузырей, которые были за¬
полнены жидкость,ю обра¬
зуются ликвационные во¬
локна, эти волокна легко
выявляются на темплете
(микрофотографии. 583/2).
Б. СТРУКТУРА
кипящих
слитков
Если затвердевание ста¬
ли сопровождается выделе¬
нием газа, то часть этого
газа улетучивается, а часть
остается в металле и обра¬
зует пузыри. Выделение газа
существенно меняет макро¬
ликвацию, а газовые пузы-
Puc. 38. Растворимость водорода и
азота в железе (по Валетту)
р и изменяют плотность
слитка.
Выделение газа может
быть обусловлено либо из¬
менением растворимости различных элементов с изменением тем¬
пературы (рис. 38 [48], ф. 569/1—3), либо взаимодействием
углерода и кислорода, растворенного в кипящей стали, либо
взаимодействием расплава с окисленной коркой или с покры¬
тием изложницы. Последний вид взаимодействия приводит к
тых заготовках, предназначенных для глубокой вытяжки или
волочения проволоки.
Если кипение по какой-либо причине прекращается, то
в сердцевине слитка уже нет сильных течений, и она затвердевает
почти как спокойный слиток, однако содержит газовые пузыри.
Кипящий слиток состоит главным образом из оболочки до¬
вольно чистого металла, которая окружает обогащенную приме¬
сями сердцевину; между этими зонами имеется довольно четкая
граница.
На рис. 39 [49] показано изменение концентрации фосфора
в слитках в направлении от края к сердцевине: различная степень
кипения достигается введением углерода в изложницу, что дает
следующую серию слитков: полуспокойный слиток, кипящий
слиток и кипящий слиток с «голенищем». В кипящих слитках
отчетливо видна разница между указанными зонами; полуспо¬
койный слиток, подобно спокойному, имеет довольно однородный
состав.
В кипящих слитках, так же как и в спокойных, средняя лик¬
вация растет с увеличением массы слитка и с ростом исходного
содержания примесей; из примесей особенно сильно ликвирует
сера, образуя сульфидные и смешанные оксисульфидные вклю¬
чения. В то же время сердцевина тем сильнее обогащена приме¬
сями, чем больше толщина чистого слоя: таким образом, полу¬
чается сильная неоднородность в поперечном сечении слитка.
Толщина чистой зоны может быть уменьшена, если кипение
прекратить на ранней стадии; общая неоднородность при этом
уменьшается. В частности, это достигается при разливке стали
в изложницы бутылочного типа и составляет цель непрерывного
кипения.
Глава 5
ГАЗОВЫЕ ПУЗЫРИ
1. ОБЩЕЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ
ПОДКОРКОВЫХ ПУЗЫРЕЙ
Благодаря выделению газовых пузырей в расплаве возникает
перемешивание, которое можно легко видеть с литейной пло¬
щадки. Кипение начинается уже при разливке и продолжается
Pt 7.
OtJZ
OtJJ
0,J0
0,09
0,09
0,07
0,06
0,05
OM
0,05
0,02
Рис, 39. Макроликвация в трех кипящих слитках (по Дуфлоту) поперечное сечеиие:
(S — полуспокойный, E — кипящий, T — слиток с «голенищем»; а — в головной части; б — на половине высоты
слитка; в — в донной части
образованию в спокойных слитках подкорковых пузырей. В
недостаточно раскисленных сталях выделение газа в местах
контакта с изложницей приводит к образованию слоя сравни¬
тельно чистого металла (в кипящих сталях), который граничит
с ликвационной зоной (ф. 564/1).
Глава 4
МАКРОЛИКВАЦИЯ
Интенсивное выделение газа приводит к сильному переме¬
шиванию ванны и жидкий слой, граничащий с фронтом затверде¬
вания, очень быстро обновляется и увлекает с собой примеси,
вытесненные кристаллами. Так, получается относительно чистая
оболочка из затвердевшего металла. К этому и стремятся при
разливке кипящей стали: получить пластичную корку на ли-
20
при затвердевании. В результате цикла кипения, характеризуе¬
мого интенсивностью и продолжительностью, головные части
кипящих слитков приобретают характерный вид, который отве¬
чает определенному расположению газовых пузырей внутри
слитка.
Внешний вид головной части слитка
Многочисленные авторы [50, 51 ] изменяли процесс кипения,
изменяя степень окисленности стали. По Макнайру, в зависимо¬
сти от интенсивности кипения существуют следующие стандарт¬
ные формы головных частей слитков (рис. 40): головная часть,
которая меняется от выпуклой до вогнутой у полуспокойного
слитка, незастывшая головная часть (вариантом является сли¬
ток бутылочного типа); сводчатая, плоская или полная головная
часть у кипящего слитка. Крайними случаями в этой серии яв¬
ляются, с одной стороны, спокойные слитки, а с другой сто¬
роны, — слитки с «голенищем» (рис. 41). Последний тип головных
частей обусловлен чрезвычайно сильным кипением: вспененная
сталь поднимается в изложнице, снова опускается и оставляет
на стенках изложницы при обратном движении тонкий слой
застывшего металла.
При горячем стрипперовании в нижней половине кипящего
слитка имеется более холодная зона (которую легко обнаружить,
Pue. 40. Обычные формы головных частей кипящих слитков; интен¬
сивность кипения растет справа налево:
а — пол у спокойны А; б — разлитый вертикально; в — кипящий со свод*
чатой головной частью; г — кипящий с вогнутой головной частью
поскольку она более темная); это объясняется ускоренным ох¬
лаждением поверхности слитка в местах, где находятся подкор¬
ковые пузыри. Как будет видно из дальнейшего, этих пузырей
больше в донной части слитка.
Расположение пузырей
В осевом сечении кипящего слитка видны многочисленные
пузыри, находящиеся в трех различных зонах. Вблизи поверх¬
ности находится зона с удлиненными газовыми пузырями (под¬
корковые пузыри, или пузыри кипения), затем следуют зона
с круглыми пузырями, образующими дугу, которая повторяет
профиль слитка (внутреннее кольцо пузырей), и внутренняя
2. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ГАЗОВЫХ ПУЗЫРЕЙ
Образование газа
В кипящих слитках низкое содержание углерода в сочета¬
нии со значительным содержанием окислов в расплаве во время
затвердевания его в изложнице может привести к химической
реакции с газообразными продуктами: СО CO2. Количество
выделившегося газа зависит от раскисленности ванны и давле¬
ния. Образование газа и газовых пузырей подробно описано в
"классических трудах Хультгрена и Фрагмена [531.
На рис. 42 схематически показана часть диаграммы состоя¬
ния Fe—C—О. Богатый железом угол между двумя бинарными
системами сильно разбавленных твердых растворов Fe—C и Fe—О
представлен тремя поверхностями ликвидуса: б-железа, у-же-
леза и FeO, а также поверхностью солидуса для б-железа.
При отсутствии реакции между углеродом и кислородом сна¬
чала образуется 0-железо, а затем FeO. Если же реакция все-
таки имеет место и если, согласно авторам [53], принять, что на
нее мало влияет температура, то газ выделяется и тройная диа¬
грамма содержит вертикальную поверхность, которая отделяет
жидкую зону без газа от жидкой зоны, содержащей газ (см.
рис. 42).
Для упрощения можно вычертить квазибинарную диаграмму
Fe-p (C H- O2) (рис. 43), в которой также можно найти линии
ликвидус и солидус, а кроме того, две вертикальные линии, отде¬
ляющие область существования газа, P и В — сопряженные
точки, которые определяют концентрации расплава и образовав¬
шегося твердого металла. Уменьшение давления (которое акти¬
визирует образование газа) сдвигает эту линию в сторону боль¬
ших концентраций железа. Повышение давления сдвигает линию
давления в другую сторону. Выделение газа может даже прекра¬
титься, и концентрация оставшегося расплава в соответствии
с линией ликвидус достигнет эвтектической точки Et которой
соответствует образование окиси железа.
Г-\
I Л
t
/я
/∕φ^∖
■1 1, ?•
77∙ .f,
I 1
I I
гг
t
Λ∖r.∙√
.. ∙√∙∙ ’
∙'⅛^
I
ξ'⅛ K =
∣i∕⅛∣
ж
μκ∣
, J
- 'i 4‘
! •' \
: »•
= ≡
=* *,1
S- )!
■
≡∙ *Ξ
Ii ⅛
↑ *√
)
2
3
≡ 4 !
!• ;!
= ; 6 '• =
=⅛ I
• 5 /
⅛∣∣fiiηij∣∣!3
Рис. 41. Типы слитков (по Белдингу)
область, в которой беспорядочно расположены крупные газовые
пузыри (внутренние пузыри).
Относительное развитие трех зон газовых пузырей различно
на разных уровнях слитка и зависит от степени раскисления, т. е.
от способа выплавки и разливки.
Серия слитков различных типов [52] представлена на рис. 41;
она начинается слитком 1 с усадочной раковиной и завершается
переокисленным слитком 8, включает в себя полуспокойный
слиток 2, слиток бутылочного типа 5 и типичный кипящий сли¬
ток 7.
Если кипение слабое, то подкорковые пузыри возникают
в головной части, где ферростатическое давление низкое. Если
кипение усиливается (слиток 4 с незастывшей прибыльной частью)
то они проникают в донную часть слитка: большинство подкор¬
ковых пузырей выходит затем на поверхность и дает сотообраз¬
ные усадочные раковины. При очень сильном кипении пузыри
находятся только в донной части (слитки 5—7) и на большем рас¬
стоянии от поверхности слитка.
В то же время внутреннее кольцо пузырей находится в го¬
ловной части слитка 5и достигает донной части в кипящем слитке 7.
В слитке 8 в результате чрезмерного кипения во время разливки
почти весь газ был удален, так что общее число пузырей мало.
Что касается внутренних пузырей, то их можно найти во всех
слитках и они концентрируются в головной части, иногда обра¬
зуя раковину.
C помощью рис. 44 можно проследить за ходом концентра¬
ции расплава и твердого металла на проекции характерных по¬
верхностей Fe—C—О, приведенных выше (см. рис. 42).
Рис. 42. Схематическая диаграмма состояния Fe-C-O
(по Хультгрену и Фрагмеиу) с поверхностями ликвидус
б, FeO, V и солидус б
21
При атмосферном давлении поверхности равновесия, соот¬
ветствующие газу, пересекают поверхность ликвидуса вдоль
линии PQR (кривая Baxepa — Гамильтона), а поверхности Ö-
твердых растворов — вдоль линии TUV∖ при более высоком дав-
Puc. 43. Кваэибинарная диаграмма Fe-(C-J-O) (схе¬
матически) атм — влияние избыточного давления
лении (например, 10 и 25 атм) линия PQR удаляется от нуле¬
вой точки.
При концентрации исходного расплава P (рис. 45) справа
от температурного максимума Q кривой PQR (см. рис. 44), пер¬
выми затвердевают кристалл, бедный углеродом и кислородом,
его состав соответствует точке Bt сопряженной с Р; происходит
выделение газа, что отмечается точкой, которая лежит на ли¬
нии PG.
Дальнейшее затвердевание происходит в соответствии с кри¬
выми для расплава и твердого металла и заканчивается в точке B3
(пересечение линий PG и TUV на рис. 44). Последние капли жид¬
кости имеют состав P3 при условии полной диффузии элементов
Рис. 44. Проекция диаграммы состояния Fe-C-O
(по Хультгрену нФрагмену):
ABIF — поверхность ликвидус 6-желеэа; FI — поверхность ликвидуса
V-желеэа; AELH — поверхность солидус 6-желеэа; GMN — поверх¬
ность солидус v-желеэа; DBI — поверхность насыщения расплава FeO;
EL и MN в направлении низких температур — поверхность насыще¬
ния 6 и у в FeO
в твердой фазе. C помощью этой схемы можно описать и затверде¬
вание слитков из кипящих сталей. Чистая зона этих слитков
затвердевает с выделением газа, а затвердевание внутренней
зоны происходит под высоким давлением, которое практически
подавляет газообразную фазу. Эти оба вида затвердевания
можно проследить на рис. 46, где чистая зона затвердевает так,
как описано выше: от P к P1 для расплава и от В до B1 для зат¬
вердевшего металла. В этот момент головная часть слитка заку¬
поривается, давление повышается и соответствующие точки уже
не лежат на кривой, соответствующей выделению газа: состав
твердой фазы сдвигается от B1 к B2t состав расплава от P1 и P2
к эвтектической точке d-железо + FeO. Окись железа образуется
одновременно с кристаллами железа. Затем состав твердой со¬
ставляющей сдвигается от B2 к точке B3, которая лежит на одной
линии с P1; состав расплава сдвигается от P2 до точки P3, сопря¬
женной с B3, и на этом затвердевание заканчивается.
22
Предположим, что исходная сталь содержит больше угле¬
рода и меньше кислорода, чем это требует равновесная концен¬
трация (точка. N на рис. 45), соответствующая составу 0,06% C
и 0,04% О (случай промышленных сталей). Если расплав лежит
левее точки Nt вышеприведенные рассуждения еще справед¬
ливы, но состав твердой и жидкой фаз сдвигается вверх по соот¬
ветствующим кривым на диаграмме. Во время затвердевания лик-
Pue. 45. Изменение концен¬
трации расплава и твердого
металла в случае образова¬
ния газа (по Хультгрену
и Фрагмену)
вационной зоны усадка металла в замкнутой области создает
некоторое падение давления, которое может облегчить выделение
газа. На рис. 46 изменение концентрации внезапно останавли-
Pue. 46. Схема затвердевания чистой и лнквированной зоны кипящей
стали при более высоком содержании углерода, чем в точке N
(промышленные стали)
вается на изобаре P2t пока объем выделившегося газа соответ¬
ствует объему усадки.
Таким образом, после периода свободного выделения газа,
который может привести к увеличению количества подкорковых
пузырей в чистой зоне наступает период более слабого выделения
газа внутри слитка.
Образование газовых пузырей
Когда газ задерживается в твердом металле,: возникают газо¬
вые пузыри. Количество этого газа зависит от соотношения между
скоростью кристаллизации'и скоростью выделения газа. Таким
образом, при высокой скорости удаления газа газовые пузыри
не образуются; это бывает в очень окисленных расплавах, кото¬
рые дают головную часть в виде голенища, или в верхней части
чистой зоны кипящих слитков.
Однако при той же скорости передвижения фронта затверде¬
вания, но более высоким ферростатическим давлением газовые
пузыри остаются в металле — это подкорковые пузыри в донной
части кипящего слитка.
Схема образования газовых пузырей, по Хультгрену и Фраг¬
мену, показана на рис. 47. Вытянутая форма газовых пузырей
определяется равновесием между скоростью роста пузыря и ско¬
ростью продвижения фронта затвердевания. Из этого рисунка
видно, что если скорость роста пузыря выше равновесной, он
прорывает фронт затвердевания. Время от времени излишки газа
улетучиваются и канал сужается. Часто такие сужения проис¬
ходят одновременно для многих пузырей, образующих ряд, и
таким образом возникает серия линий, параллельных поверх¬
ности затвердевания (ф. 555/2), подобно контурам затвердевания.
Если декантация свободных пузырей в расплаве направлена
вверх, то можно заметить, что пузыри развиваются не в характер¬
ном для них направлении роста, а в направлении распростране¬
ния фронта затвердевания.
Таким образом, головные части некоторых кипящих слитков
могут содержать удлиненные газовые пузыри, которые разви¬
ваются в направлении донной части (ф. 561/3; 563/5); некоторые
пузыри могут принять изогнутую форму (ф. 550/2).
c½ e2 ½
Рис. 47. Механизм образования газовых пузырей по Хультгрену
и Фрагмеиу:
а, Ь, с, dt, ei, g1; — без проникновения металла в газовый пузырь,
а, Ь, с, dt, etfi, qt — с проникновением металла в газовый пузырь
Итак, в верхней части чистой зоны слитка металл чище,
чем в нижней, где расплав меньше перемешан. В спокойной серд¬
цевине слитка, напротив, ликвация головной части больше,
чем донной, как и в спокойных слитках. Но как и в спокойных
слитках, содержание кислорода в нижней части сердцевины
выше, чем в головной (рис. 48 [55]).
Таким образом, в кипящих слитках химическая неоднород¬
ность в поперечном сечении головной части значительно выше,
чем донной.
Кроме того, когда затвердевание протекает при высоком
давлении и сопровождается незначительным восстановлением
в результате ограниченного выделения СО, то кипение может
возобновиться позже во время расплавления; это происходит
в процессе заваривания зоны ликвации изделий, прокатанных
из слитков бутылочного типа.
Глава 6
структура чистой зоны
1. ВЕРХНЯЯ ЧАСТЬ слитков
В верхней зоне обычных кипящих слитков и слитков буты¬
лочного типа пузыри отсутствуют, так как здесь они возникают
достаточно рано и успевают удалиться. Однако они оставляют
следы. Эти следы — каналы пузырей — можно видеть в сече¬
нии твердого металла, они напоминают колосья (ф. 553/4). Эти
Если во время затвердевания прекращается рост удлиненных
газовых пузырей, то это означает, что либо приостановилось
образование газа, либо возникшие пузыри не связаны более с
фронтом затвердевания.
Когда пузыри выделяются очень быстро, жидкий металл
почти полностью заполняет образующиеся пустоты.
Наконец, если газ улетучился до начала затвердевания из-за
переокисления ванны или вследствие вакуумной дегазации, кото¬
рая предшествовала разливке в изложницу(ф. 550/1),то в слитке,
исключая центр головной части, не остается газовых пузырей.
Общая ликвация
Рис. 49. Форма лик-
вационной зоны в го¬
ловной части кипя¬
щего слитка и ради¬
альное расположение
каналов газовых пу¬
зырей:
ZP — чистая зона;
ZS — внутренняя
ликвированная
область
Причины макроликвации, схематически описанные в главе 3,
можно изложить следующим образом. В верхней части чистого
слоя данного слитка слабое ферростатическое давление приводит
к значительному выделению газа. Этому способствуют также
PL — поверхность слитка; А — ось слитка, CF — внутреннее кольцо пузырей. Цифры на
кривых — расстояние места анализа от донной части слитка, %
потоки, поднимающиеся с донной части слитка. В свою очередь
пузыри уменьшают кажущуюся плотность расплава, т. е. при
данном давлении способствуют образованию дополнительных
пузырей. При малом поперечном сечении изложницы (например,
при непрерывной разливке) подъем пенистого расплава может
стать нежелательным [54].
каналы, слегка наклоненные к головной части, сопровождаются
сернистыми включениями, поэтому они кажутся темными на
серных отпечатках. Травитель, содержащий медь, также выяв¬
ляет растворенные в стали примеси. В верху
головной части, где чистая зона по форме
напоминает воронку (ф. 552/4), каналы на¬
клонены вниз в направлении, куда распро¬
страняется фронт затвердевания (рис. 49).
В верхней части полуспокойных слитков
чистая зона значительно меньше, и под¬
корковые пузыри появляются только в са¬
мом верху головной части (ф. 549/5).
2. НИЖНЯЯ ЧАСТЬ СЛИТКОВ
Слитки кипящих сталей
В нижней части чистой зоны кипящего
слитка в контакте с изложницей находится
зона, содержащая следы газовых пузырей
(рис. 50), за ней следует один или несколько
слоев с подкорковыми пузырями, а затем
снова слой со следами газовых пузырей, ко¬
торые заканчиваются на стыке краевой зоны
с сердцевиной, (ф. 553/1—3). В осевом сече¬
нии газового пузыря видно, что конец его
часто закруглен со стороны оси слитка и
заострен в контакте с изложницей.
Газовые пузыри могут очень плотно при¬
легать друг к другу (ф. 556/1; 571/7, 8); их
распределение наиболее отчетливо видно в
сечении, параллельном поверхности слитка — пузыри имеют
круглое поперечное сечение и занимают 30—40% общего объема.
Зона, содержащая газовые пузыри, видимо, имеет пониженную
теплопроводность, и это объясняет появление более холодной
зоны в нижней трети кипящего слитка при его стрипперовании.
Возможно, что это снижение теплопроводности несколько замед-
23
ляет затвердевание. Даже при небольшом уменьшении скорости
затвердевания газовые пузыри могут выделиться и оставить за
собой следы в виде каналов между подкорковыми пузырями и
внутренним кольцом пузырей (ф. 533/1, 2).
Иногда наблюдается несколько концентрических слоев удли¬
ненных газовых пузырей; это отражает флуктуации выделения
газа.
В чистой зоне размер дендритов на порядок меньше размера
газовых пузырей (ф. 556/3, 4). Выявление этой первичной струк¬
ZP ZS
Рис. 50. Схема структуры чистой зоны кипящих слитков:
P — поверхность слитка; L — корка со следами газовых пузырей; S — удлиненные газо¬
вые пузыри (подкорковые пузыри); C — каналы газовых пузырей; CF — внутреннее кольцо
пузырей с газовыми пузырями и ликвациями газовых пузырей; ZP — чистая зона; ZS —
внутренняя лнквированная зона (сердцевина слитка) с внутренинми газовыми пузырями
туры в рассматриваемых ниже малоуглеродистых сталях может
быть затруднено. В кипящих сталях с содержанием углерода
выше 0,15% [53], как и в спокойных сталях, отчетливо видны
как дендриты, так и различные виды ликвационных зон.
В сечении, параллельном большей оси вытянутых газовых
пузырей, среди них находятся удлиненные дендриты (ф. 556/5, 6),
но зона столбчатых кристаллов здесь не столь значительна, как
в спокойных слитках, и не обусловливает направление газовых
пузырей.
Вблизи газовых пузырей часто находят скопление перлита
(ф. 557/1, 2); феррит имеет зубчатую форму, несколько напоми¬
нающую дендритную.
Слитки бутылочного типа
В слитках бутылочного типа чистая зона тоньше и удлинен¬
ные газовые пузыри заканчиваются непосредственно на стыке
краевой зоны с сердцевиной. В поперечном сечении газовые
пузыри выстроены в ряд на одинаковом расстоянии от поверхно¬
сти слитка (ф. 561/4). Эти удлиненные пузыри видны также в
слябах непрерывной разливки (ф. 554/3). В некоторых случаях
после того, как прекращается кипение, может возобновиться вы¬
деление газа, и вторичное прекращение кипения дает второе
внутреннее кольцо газовых пузырей; это возможно в слитках
бутылочного типа (ф. 562/1), твердая оболочка которых дефор¬
мировалась, и в ней под влиянием давления образовалась дыра
(ф. 563/4).
Когда подкорковые пузыри достигают внутренней зоны,
ликвированный расплав благодаря высокому давлению может
проникнуть в самый крайний конец этих пузырей и дать ликва-
ционные пятна (ф. 562/3, 4); эти пятна соответствуют внутреннему
кольцу газовых пузырей слитка бутылочного типа.
В чистой зоне кипящих слитков иногда находят линии ликва¬
ции, параллельные поверхности слитка и аналогичные контурам
затвердевания (ф. 564/2). Согласно работе [53], они обусловлены
находящимся в порах расплавом, который под влиянием внутрен¬
него давления, т. е. после закупоривания головной части, вытес¬
няется к газовым пузырям. Расплав делает внутреннюю поверх¬
ность пузырей шероховатой, тогда как в обычном состоянии она
гладкая. Эго приводит к мысли о том, что фронт затвердевания
менее компактен, чем это позволяет предположить исследование
слитых отливок кипящих сталей (ф. 563), в которых жидкость,
находящаяся в порах, при выливании имеет достаточное время
для затвердевания, как и в случае аналогичных слитков спокой¬
ных сталей (ф. 523/1).
3. ТОЛЩИНА корки
Корка — это чистая зона, свободная от пузырей. В верхней
части кипящего слитка толщина корки, или толщина чистой
зоны составляет около 10 ел. В нижней части корка простирается
от поверхности слитка до первых газовых пузырей и имеет тол¬
щину около 1 см.
Если толщина этого слоя уменьшается до нескольких мил¬
лиметров, газовые пузыри при определенных условиях могут
выйти на поверхность. После повторного нагрева в нагреватель¬
ных колодцах они окисляются и дают волосовины на прокатан¬
ных изделиях. Сталевары стремятся так регулировать процесс
выплавки и разливки, чтобы достаточно интенсивным кипением
предотвратить появление газовых пузырей на глубине меньше
1 см от поверхности.
На толщину корки влияют многочи¬
сленные факторы. При недостаточно интен¬
сивном кипении получается слиток с незастыв¬
шей прибыльной частью типа 4 с газовыми
пузырями, которые выходят на поверхность
слитка в направлении донной части. В не¬
которых случаях они достигают поверхности
и в головной части слитка (тип. 5).
При медленном подъеме металла в из¬
ложнице во время разливки (см. сифонную
разливку, ф. 558/5) замедляется установле¬
ние ферростатического давления и это спо¬
собствует выделению газа.
Толстая корка получается при доба¬
влении кислорода во время разливки
(ф. 558/3, 7). Влияние кислорода прояв¬
ляется и во время разливки на воздухе.
Если обычную кипящую сталь разливают в
нейтральной атмосфере, то в ней содер¬
жатся подкорковые пузыри, выходящие на
поверхность [56].
Глава 7
ВНУТРЕННЕЕ КОЛЬЦО ПУЗЫРЕЙ
1. СЛИТКИ КИПЯЩИХ СТАЛЕЙ
В слитках кипящих сталей внутреннее кольцо состоит из
почти круглых газовых пузырей, образующих дугу, повторяю¬
щую контур поверхности слитка. Эти газовые пузыри образуются
сразу после закупоривания головной части.
При повышении давления газ больше не выделяется и по¬
следние пузыри остаются прикрепленными к концам каналов газо¬
вых пузырей, лежащих в чистой зоне (ф. 559).
Дальнейшее затвердевание протекает спокойнее. Остаток
расплава может частично заполнить пузыри внутреннего кольца.
Тогда вдоль этого стыка можно найти многочисленные зоны лик¬
вации.
2. СЛИТКИ БУТЫЛОЧНОГО ТИПА
В слитках бутылочного типа внутреннее кольцо образовано
в донной части внутренними концами удлиненных газовых пузы¬
рей, а в головной части также удлиненными газовыми пузырями,
но лежащими во внутренней ликвированной области слитка
(ф. 561/1).
Газовые пузыри в нижней половине слитка заканчиваются
в ликвационных зонах, рассмотренных в предыдущей главе.
Многочисленные внутренние кольца пузырей могут образо¬
ваться в том случае, если после закупоривания головной части
слитка давление понижается либо из-за прорыва металла в го¬
ловной части (например, под запорной пластиной на микрофо¬
тографии 552/5), либо из-за разрушения затвердевшей корки в
донной части (слиток бутылочного типа на микрофотографии
363/1).
Вторичное закупоривание дает соответственно второе кольцо
газовых пузырей, которое можно видеть на микрофотографиях
552/4 и 563/4 (четко разделенный двойной ряд газовых пузырей,
первый из которых расположен на одной прямой), а также на
микрофотографии 563/5 (газовые пузыри в головной части).
3. ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ДАВЛЕНИЕМ
После деформации неокисленные газовые пузыри завари¬
ваются, не оставляя следов, а зоны ликвации в виде колосьев,
которые соответствуют каналам газовых пузырей, не устра¬
няются.
24
В поперечном сечении прокатанных изделий внутреннее
кольцо пузырей заметно благодаря ликвационным пятнам
(ф. 573/4). В продольном сечении они похожи на темные ликва-
ционные полосы в спокойных сталях, однако имеют отчетливую
границу между чистой и ликвационной зонами (ф. 573/2).
Если газовые пузыри прорываются к поверхности, то они
дают волосовины на прокатанных изделиях; в поперечном сече¬
нии эти волосовины заканчиваются иногда на ликвационных пят¬
нах, как и в некоторых изделиях из спокойной стали (ф. 582/2);
эти пятна возникают из зон ликвации, которые находились на
внутреннем конце удлиненных газовых пузырей.
Глава 8
ВНУТРЕННЯЯ ОБЛАСТЬ ЛИКВАЦИИ
После прекращения кипения середина кипящего слитка
затвердевает без сильного перемешивания, т. е. так же, как спо¬
койный слиток. Ликвационная область характеризуется как
общей, так и местной ликвацией, кроме того, в ней находятся
газовые пузыри, а иногда и усадочные раковины.
1. ГАЗОВЫЕ ПУЗЫРИ И УСАДОЧНЫЕ РАКОВИНЫ
Газовые пузыри ликвационной области, как правило, бы¬
вают круглыми и распределяются беспорядочно (ф. 558). Однако
в головной части они могут быть вытянуты в направлении зоны,
которая долго остается жидкой.
Выделение газа обусловлено концентрацией углерода в лик¬
вационной зоне, а также уменьшением давления в замкнутой
полости из-за усадки металла. Если выделение газа происходит
непрерывно, то газовые пузыри могут стать сильно вытянутыми,
и их направление будет изменяться с развитием фронта затверде¬
вания. В головной части полуспокойного слитка находятся газо¬
вые пузыри, которые идут сначала горизонтально, а затем изги¬
баются книзу (ф. 549/5). Они могут закончиться даже вертикально
в осевой усадочной раковине под мостиками затвердевания
(ф. 550/2 и 551/1), которые из-за давления, оказываемого на их
верхнюю часть, часто бывают разрушены или продырявлены
(ф. 571/6).
Усадочные раковины встречаются в кипящих слитках до¬
вольно часто, однако гораздо реже, чем в спокойных, разлитых
без прибыльной надставки.
Если кипение в конце затвердевания недостаточно, то пузыри
не компенсируют усадку металла, и возникают маленькие уса¬
дочные раковины (ф. 561/1), которые часто сопровождаются осе¬
вой ликвацией в головной части, так же как и в спокойных слит¬
ках.
Пустоты могут иметь и другое происхождение: например,
они могут возникнуть из-за подъема металла (ф. 549/5), вызван¬
ного разрушением корки в головной части.
2. ЛИКВАЦИИ
Кроме рассмотренной выше ликвации, существует несколько
видов местной ликвации.
Часто круглые внутренние газовые пузыри,так же как и пу¬
зыри на стыке краевой зоны с сердцевиной, заполнены ликви-
рованным металлом, удлиненные пузыри местами утолщаются
в верхней части и продолжаются выше в виде темных полос
(ф. 562/3 и 560). Появление этих полос обусловлено подъемом
цепи пузырей, следы которых заполняются загрязненным рас¬
плавом. Сходство между темными полосами кипящих спокойных
слитков позволяет предположить, что они обусловлены одним и
тем же механизмом, а именно, выделением газа.
В поперечном сечении кипящего слитка видны круглые
ликвационные пятна (ф. 549/4 и 562/2) такие же, как в спокойном
слитке, темные полосы (ф. 562/3) имеют здесь такой же асимметрич¬
ный профиль, как в спокойных слитках.
Они бывают очень короткими и между ними могут группи¬
роваться внутренние удлиненные газовые пузыри, образуя па¬
раллельные линии. Эго наблюдается в слитках бутылочного
типа (ф. 562/1 и 558/8) и в слитках, дегазированных до раз¬
ливки (ф. 550/2); на этих последних часто имеются слегка вол¬
нистые линии (параллельные верхней плоскости), которые яв¬
ляются линиями ликвации, вызваны они увеличением давления
в еще не полностью затвердевшей области, содержащей газовые
пузыри.
Оси кипящих слитков часто содержат V-образные зоны лик¬
вации, сходные с таковыми в спокойных слитках.
4 Металлография железа, т. IIl
Наблюдалась также периодическая кристаллизация (см.
гл. 2, с. 12), однако первичную кристаллизацию в очень мягких
сталях обнаружить трудно.
В нижней четверти кипящих слитков можно найти большие
включения шлакового происхождения, которые в начале затвер¬
девания легко уносятся с поверхности нисходящими потоками,
направленными вдоль оси слитка [55].
В. ГОМОГЕНИЗАЦИЯ
И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Глава 9
ИЗМЕНЕНИЕ СТРУКТУРЫ
ПОСЛЕ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
Сразу после затвердевания слитки и отливки, как правило,
состоят из крупных зерен 6-феррита или аустенита, неоднород¬
ных по составу.
Во время охлаждения могут происходить следующие про¬
цессы:
1. Фазовое 6 →γ-π ревращение в сталях с низким содержа¬
нием углерода и поэтому затвердевшими в 6-области. Это пре¬
вращение в некоторых специальных сталях идет очень медленно
(ср. ф. 131 и 132, т. I). у-зерна, возникающие из 6-зерен, обычно
бывают крупными; зерна обеих фаз могут иметь похожую форму
(cp. 6 и у-столбчатые и 6 и у-равноосные кристаллы, ф. 528/3,
529/4).
2. Частичное выравнивание состава в масштабе зерна, осо¬
бенно, если увеличивается продолжительность выдержки при
высокой температуре. Это может происходить в слитках, которые
после стрипперования находились в нагревательном колодце.
При этом, возможно, изменяются также состав и внутреннее
строение некоторых включений.
3. Изменение границ зерен под влиянием внешних (окисле¬
ние или сульфидирование границ 6- или у-зерен) или внутренних
(например, выделение нитрида алюминия на границах у-зерен
при 1000oC) факторов.
4. Рекристаллизация при средних температурах — это от¬
носится к у—а-кристаллизации (кроме однофазных а- или у-
сталей). Крупные аустенитные зерна, возникшие после затверде¬
вания, сохраняют свои размеры до температур α → у-превра-
щения, поэтому получается крупнозернистая хрупкая a-струк¬
тура и при медленном охлаждении может возникнуть вторичная
ликвация.
5. Выделение карбидов из твердого раствора или изменение
их структуры при температурах ниже температур области пре¬
вращения (в доэвтектоидных сталях).
Во время повторного нагрева слитков или отливок при по¬
вышении температуры могут протекать следующие процессы:
1. Изменение структуры карбидов и их растворение в аусте¬
ните, которое сопровождает a—у-перекристаллизацию (см.
ф. 311 и 312, т. II).
2. Рост аустенитных зерен, в результате чего появляется
структура перегрева, растворение некоторых фаз, содержащихся
в небольшом количестве (например, AlN).
3. Частичное выравнивание состава в масштабе зерна (см.
ниже).
4. Изменение состава или формы некоторых включений.
5. Изменение границ у- или 6-зерен при обезуглероживании
или даже окислении, а также при пережоге. Междендритные
области ликвации, особенно скопления эвтектических структур
в инструментальных сталях (ф. 565/7) или фосфорсодержащих
отливках, могут сплавиться. Некоторые включения расплав¬
ляются, и это служит причиной красноломкости (сталь становится
хрупкой в присутствии FeS).
Помимо изменений структуры, могут появиться трещины:
1. Микротрещины, которые обусловлены термическими на¬
пряжениями в первичных карбидах высокоуглеродистых сталей
и в карбидах перлита в слитках из среднеуглеродистых или вы¬
сокоуглеродистых сталей. Эти трещины часто возникают в зо¬
нах локальной неоднородности (темные полосы и междендрит¬
ные сетки ликвации); образованию таких трещин способствует
также водород.
2. Холодные трещины, которые возникают или в ходе ох¬
лаждения, или во время повторного нагрева слитков, либо с вы¬
соким содержанием углерода, либо сильно легированных.
25
3. Маленькие, неокисленные трещины. Без внешнего меха¬
нического воздействия (без деформации) они могут завариваться.
Может даже случиться, что очень мало окисленные трещины
полностью залечиваются; единичный оставшийся след характе¬
ризует местное обезуглероживание (ф. 601/5) или в некоторых
случаях соответствует силикатным (экзогенным) включениям.
В последующих главах будет рассмотрено изменение состава
(при диффузии) и структуры (при рекристаллизации) во время
повторного нагрева стальных слитков или отливок.
Глава IO
ГОМОГЕНИЗАЦИЯ
ЛИТЫХ ИЗДЕЛИЙ
Дендритная ликвация возникает во время затвердевания в ре¬
зультате различной растворимости легирующих элементов в рас¬
плаве и в твердом металле; кроме того, она зависит от расстоя¬
ния между равновесной линией ликвидус и линией солидус.
Углерод в этом отношении является наиболее активным элемен¬
том. Он очень усиливает ликвацию других элементов (ф. 565/1—6).
Vc
Рис. Sl. Схема изменения концентрации легирующего элемента
вання стали и диффузионного отжнга
Когда весь расплав кристаллизовался, сталь находится
в твердом состоянии, появляется тенденция к выравниванию
неоднородности состава путем диффузии атомов примесей из
ликвационной зоны в чистую.
Эта миграция происходит внутри дендритов уже во время их
роста и продолжается после полного затвердевания металла, од¬
нако ниже определенной температуры (порядка 900° С) диффу¬
зией практически можно пренебречь.
1. КИНЕТИКА ГОМОГЕНИЗАЦИИ
Кинетику диффузии элементов, образующих зоны ликвации,
как было показано выше (т. I, рис. 14), можно представить сле¬
дующим образом. Ход ликвации во время затвердевания схема¬
тически прослеживается с помощью двойной диаграммы в пред¬
положении, что равновесный состав твердой фазы достигается
только частично. Так, стали состава X при температуре T
(рис. 51) во время охлаждения имеют концентрацию в центре
зерен ct а на поверхности d (так как расплав сильнее обогащен
легирующим элементом А) в то время как средний состав твер¬
дой фазы равен Ь. По мере затвердевания состав поверхностных
слоев кристаллов изменяется в соответствии с кривой солидус S
(что отвечает равновесию на поверхности твердая фаза—жидкость)
а центры этих кристаллов путем диффузии постепенно обога¬
щаются легирующим элементом А в соответствии с Se.
При температуре Tt когда средняя концентрация твердой
фазы достигает исходного значения X, расплав больше не суще¬
ствует и кристаллы, схематически показанные на рис. 51, по
составу соответствуют области g—j.
При последующем охлаждении концентрации на поверх¬
ности g и / стремятся к выравниванию согласно кривым Sc и
Ss, степень такой гомогенизации обычно незначительна, так как
26
выдержка литых изделий при высокой температуре после затвер¬
девания, как правило, бывает не продолжительной по техни¬
ческим или экономическим причинам.
Таким образом, дендритная неоднородность сплавов усили¬
вается во время затвердевания; разность концентраций /—а,
которая обусловлена ликвацией, уменьшается до j—g по мере
затвердевания в результате диффузии в твердом состоянии и до
п—k при гомогенизации во время охлаждения стали до комнат¬
ной температуры. Во время повторного нагрева до температуры
T⅛ экстремальные концентрации могут приблизиться к исход¬
ному составу расплава X в соответствии с ходом кривых h—k
и п—i. После повторного охлаждения разность концентраций
в междендритных пространствах составляет только т—Ь.
Ниже определенной температуры Tq гомогенизация незначи¬
тельна (соответствующие кривые на рис. 51 и 52 лежат почти вер¬
тикально). Эта граница находится тем ниже, чем выше градиент
ликвации.
2. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ
НА ГОМОГЕНИЗАЦИЮ
Скорость диффузии атомов примесей очень быстро возра¬
стает с температурой; она зависит от природы легирующего эле¬
мента соответствующего атомного радиуса [см. разницу между
do время эатверде-
rt∖US А, %
/
Рис. 52. Схема гомогенизации отливки после за¬
твердевания и горячей ковки
фосфором и мышьяком (ф. 566/1, 2)], состава стали (наличи-
в железе других легирующих элементов) и кристаллической мо¬
дификации железа: б или у или даже а. Это влияние структуры
очень велико в некоторых хромистых и никелевых специальных
сталях, где редко достигается равновесие между Ö- и у-фазами.
Достижимая степень гомогенизации тем выше, чем быстрее
диффундирует легирующий элемент, чем продолжительнее вы¬
держка при высокой температуре (ф. 566/1, 2), чем больше раз¬
ность концентраций между дендритными осями и междендрит¬
ным пространством и чем короче путь диффузии атомов легирую¬
щего элемента (размер дендрита). Впрочем два последних фак¬
тора выражаются через градиент концентрации.
Таким образом, при высокой скорости затвердевания полу¬
чаются небольшие дендриты с большой степенью ликвации, кото¬
рая усиливается, если выдержка при высокой температуре не¬
велика. Повторный нагрев при температуре ниже линии солидус
повышает скорость гомогенизации.
В одном и том же слитке могут быть дендриты различных
размеров. Столбчатые дендриты имеют меньшие поперечные
размеры, чем следующие за ними равноосные дендриты, часто
содержащие примеси в большем количестве. Таким образом,
в зоне столбчатых кристаллов можно получить лучшую гомоге¬
низацию, чем в слоях, лежащих дальше от поверхности. В об¬
ластях темных полос и осевой зоны ликвации (см. гл. 3, с. 18)
из-за их больших размеров гомогенизация практически не про¬
исходит. В сущности макронеоднородность состава в поперечном
или продольном направлениях вообще не изменяется (обратная
ликвация и периодическая осевая ликвация). Хорошая гомоге¬
низация может быть достигнута путем переплавки слитка в соот¬
ветствующих условиях (например, с расходуемым электродом),
во время которой сталь по возможности очищают QT нежелатель¬
ных элементен,
3. ПРАКТИКА ГОМОГЕНИЗАЦИИ
Гомогенизация изделия из стали заключается в отжиге ее
в течение нескольких часов при высокой температуре (выше
950° С). Эту операцию можно осуществить либо, используя на¬
грев при предшествующей обработке, либо с помощью повтор¬
ного нагрева после охлаждения. Первому случаю отвечает вы¬
держка слитков в нагревательном колодце перед прокаткой.
Для центральной части слитка из высокоуглеродистой стали,
который после стрипперования был сразу же помещен на не¬
сколько часов в печь, гомогенность в масштабе зерна схемати¬
чески можно проследить на рис. 52, где Tp — температура печи,
Tg — предельная температура зоны практической гомогениза¬
ции. Tq постепенно растет с уменьшением градиента концентра¬
ции. После извлечения из печи изделие деформируют и взаимное
сближение областей ликвации позволяет проводить новую гомо¬
генизацию от г—s до t—u.
Когда слитки или отливки после затвердевания охлаждают
до комнатной температуры (в некоторых изделиях это охлаждение
необходимо по техническим причинам), их необходимо снова
нагреть до температуры гомогенизации, выдержать при этой тем¬
пературе в течение нескольких часов, и затем охладить в печи
приблизительно до 500° С. Такую обработку называют диффу¬
зионным отжигом, и характеризуется она температурой нагрева,
выдержкой при этой температуре и способом охлаждения. Сле¬
дует также отметить, что охлаждение с печью при прохождении
через область α → у-превращения может привести к вторичной
дендритной структуре (см. полосчатые структуры); этого можно
избежать, охлаждая изделие на воздухе, если это допускает
масса отливки и состав стали.
Температуру гомогенизации следует поддерживать возможно
более высокой, чтобы ускорить диффузию, однако, она должна
быть значительно ниже температуры Ttfi (см. рис. 52), которая
отвечает теоретической линии солидус, так как выше Tt суще¬
ствует опасность расплавления областей с большей степенью
ликвации (пережог). Однако температура плавления этих об¬
ластей постепенно повышается во время гомогенизации и может
затем превысить температуру отжига.
В этом процессе играет роль также кинетика нагрева: мощ¬
ность печи, расположение горелки, форма образца (углы слитка,
тонкие места отливки, ф. 566/5, 6).
При диффузионном отжиге очень высокая температура вызы¬
вает коробление, обезуглероживание и дегомогенизацию об¬
разца.
На производстве диффузионный отжиг проводят между 950
и IlOO0C, постоянно уменьшая продолжительность выдержки;
практически продолжительность выдержки составляет 1 ч для
образца с диаметром 25 мм, или 30 мин на^1 см толщины; это
ТАБЛИЦА 5. ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ НА ПРОЧНОСТЬ ИЗДЕЛИЯ И ВИД
ИЗЛОМА, ПЕРПЕНДИКУЛЯРНОГО ЗОНЕ
СТОЛБЧАТЫХ КРИСТАЛЛОВ
(образцы из слитка толщиной 250 мм\
конструкционная сталь с 0,10% С,
1,0% Cr, 4,0% Ni, (по Лайтнеру)
Состояние
Прочность
Относительное
удлинение, %
Относительное
сужение, %
Вид излома
*
*
Литое
51,6
516
1,4
2,6
Мелкозернистый
»
49,7
497
1,4
1,1
Крупнозернистый
Выдержка:
1/2 ч при
810° C
67,3
673
4,3
3,9
Мелкозернистый
1/2 ч при
810° C
77,1
771
4,3
6,9
Крупнозернистый
1/2 ч при
1000oC
82,5
825
16,8
27,5
Мелкозернистый
1/2 ч при
1000° C
78,0
780
14,2
25,0
Крупнозернистый
эмпирически установленное время, которого достаточно для до¬
стижения нужной степени гомогенизации. Толстые образцы отжи¬
гают при высокой температуре в течение 12 ч.
Диффузионному отжигу подвергают обычно только отливки,
слитки же обрабатывают другими способами (повторный нагрев
или деформация), которые приводят к еще лучшей гомогениза¬
ции. Кроме того, диффузионный отжиг не обязателен для обыч¬
ных углеродистых и низколегированных сталей, он эффективен
только для легированирных сталей.
Часто довольствуются относительно низкими температурами
порядка A3c ÷ 100 град, при которых гомогенизация ограничена;
она значительна только в областях с высоким градиентом кон¬
центрации. Результаты, которые получаются при диффузионном
отжиге, могут быть изучены на макрошлифах химическими и фи¬
зическими методами, однако эти результаты зависят от чувстви¬
тельности применяемых методов, поэтому нельзя с достоверно¬
стью судить об успешности термической обработки. В то же время
чувствительность некоторых методов исследования (особенно
макротравление) столь высока, что затрудняет оценку техничес¬
кой годности изделия. Обычно после макротравления находят
отчетливые следы дендритной ликвации. Для применения этого
метода требуется разрушение готового изделия после оконча¬
тельной термообработки либо его можно использовать одновре¬
менно с испытанием механических свойств (табл. 5).
4. ПОСЛЕДСТВИЯ ОТЖИГА
Диффузионный отжиг не только выравнивает концентрацию
растворенных в стали элементов, часто он благоприятно влияет
на форму и распределение карбидов и неметаллических включе¬
ний, что повышает, с одной стороны, ковкость и, с другой, —
механические свойства готовых изделий.
В быстрорежущих сталях отжиг улучшает распределение
эвтектических карбидов и гомогенизирует менее науглерожен-
ную матрицу. Этот эффект усиливается при деформации (ф. 581/1),
когда ликвация не очень сильна (ф. 581/2). Влияние отжига на
включения менее изучено. Распределение включений огнеупо¬
ров практически не изменяется в отличие от менее тугоплавких
включений (окислы, силикаты, сульфиды видоизменяются).
Относительно окислов и силикатов имеется мало сведений;
в деформированном металле они могут подвергаться разрушению
и некоторой коагуляции. В то же время сульфиды, образующие
сетку в стали с низким содержанием марганца, имеют довольно
низкую точку плавления и после отжига выше 1000° C легко
коагулируют (57]. Этим свойством пользуются для того, чтобы
улучшить ковкость автоматных сернистых сталей диффузион¬
ным отжигом (или по меньшей мере длительным нагревом перед
прокаткой), который устраняет красноломкость.
В заключение можно сказать, что эффективность диффу¬
зионного отжига повышается с ростом дендритной ликвации и
количества включений, чувствительных к этому виду обработки.
Таким образом, диффузионный отжиг, полезный для отливки
с низкими механическими свойствами, очень мало влияет на хо¬
рошие отливки.
Глава 11
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Если слиток из обычной стали охлаждается до комнатной
температуры, то аустенитная структура превращается в феррит¬
ную (обычно в феррито-перлитную); эта измененная структура
является очень грубозернистой, и сталь имеет низкие механичес¬
кие свойства.
При последующем нагреве в аустенитной области вновь
образованные аустенитные зерна мельче, чем аустенитные зерна
литой структуры, но максимальная иэмельченность зерна полу¬
чается только после нескольких отжигов (см. ниже).
Диффузионный отжиг измельчает зерно литой структуры
из-за протекания α → у-превращения, хотя такая обработка
сопровождается перегревом. Слитки многих сталей, охлажденные
до комнатной температуры и вновь нагретые до температуры ковки
или прокатки, имеют лучшую ковкость (поскольку они были хо¬
рошо прогреты в сердцевине), чем слитки, обработанные еще в го¬
рячем виде.
1. ФОРМА ЗЕРЕН ПОСЛЕ РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИИ
Аустенитные зерна литой стали вследствие большого темпе¬
ратурного градиента часто имеют вытянутую форму. Как пра¬
вило, это бывает в сталях, содержащих углерод или легирующие
27
элементы в количестве, достаточном, чтобы затвердевание про¬
исходило в у-фазе. Такие зерна встречаются также в сталях,
которые затвердевают в б-фазе — из нее формируются вытянутые
зерна у-фазы, придающие структуре слитка сходство со структу¬
рой зоны столбчатых кристаллов (ф. 528/3 и 529).
В то же время зерна, полученные при повторном нагреве
слитка, являются равноосными, так как миграция границ зерен
во время их роста не тормозится нерастворимыми выделениями.
Такой крайний случай показан на микрофотографиях 567/1 и 2.
Граница первичного зерна (здесь у-зерна высокоуглеродистой
стали) содержит сетку окислов, непрерывную на первом снимке
и прерывистую на втором; у-зерна, образованные во время на¬
грева, мельче у-зерен литой стали и границы их перпендику¬
лярны к границам зерен в отливке. Если непрерывность препят¬
ствий нарушается из-за их фрагментации или коагуляции, то
новая граница у-зерна может пересечь старую (ф. 567/3) — во
время последнего охлаждения на границах у-зерен и вдоль вклю¬
чений окислов иногда образуется ферритная сетка.
2. РАЗМЕР ЗЕРНА
Размер аустенитного зерна при повторном нагреве литого
металла в первом приближении является функцией температуры
нагрева. Он увеличивается с температурой по нелинейному
закону (рис. 53).
Рис. 53. Кривая роста v-зерен в крупнозернистой
(— — ) и мелкозернистой ( ) стали
Зерна у-фазы возникают в области Act в виде крайне мелких
зародышей, которые очень медленно растут между Ac^ и Ае>
[59] из-за наличия других фаз, например феррита в доэвтекто-
идных сталях (в заэвтектоидных сталях рост зерен аустенита
тормозят дисперсные карбиды). Таким образом, выше Ae* зерна
очень мелкие, они даже мельче зерен, получаемых после обычных
нормализации или закалки, которые проводятся при температу¬
рах, превышающих температуру Ac* примерно на несколько
десятков градусов.
Диаметр новых зерен приблизительно в 100 раз меньше диа¬
метра зерен литой стали на микрофотографии 568/2 и так как
длина последних часто составляет несколько сантиметров, то
степень измельчения зерна может составлять 1000 : 1 и больше.
Однако такое измельчение не достигается первой нормали¬
зацией, так как при дендритной ликвации, с одной стороны,
зерна имеют неоднородные размеры и, с другой стороны, в стали
находятся нерастворившиеся фазы. На микрофотографии 567/6 —
пример неоднородного измельчения зерна; здесь крупные зерна
лежат в дендритных осях и обогащены углеродом (обратная
вторичная ликвация углерода); оба эффекта обусловлены смеще¬
нием вверх линии Ае> из-за наличия фосфора в зоне ликвации.
Таким образом, чтобы получить у-зерна однородного раз¬
мера и с равномерным распределением углерода необходимо
провести не менее двух операций термической обработки. Первая
операция состоит в нагреве металла при температуре не ниже
650° С, последующее охлаждение следует проводить на воздухе,
чтобы растворились все карбиды (в углеродистых и низколеги¬
рованных сталях) и феррит ликвированной области, а также с
целью выровнять содержание углерода в аустените. Вторая
операция — это нормализация, целью которой является измель¬
чение зерна.Первый отжиг к тому же приводит к некоторой гомо¬
генизации легирующих элементов. Для получения мелкого од¬
нородного зерна некоторые кованые изделия также должны под¬
вергаться двойной термической обработке (ср. ф. 639).
В области температур несколько выше Ac∣ на размер зерна
влияет междендритная ликвация, однако она не является един¬
ственным определяющим фактором. Как известно, некоторые
выделения (особенно AlN в мелкозернистых сталях) в опреде¬
ленной температурной области (см. рис. 51) также сдерживают
рост зерна.
Выше 1050° C размер у-зерна становится однородным либо
благодаря растворению межкристаллических выделений (ча¬
стичному или полному), либо благодаря тому, что величина зерна
достигает того же порядка, что и размер ветвей дендритов(ф. 569/4).
Можно проследить эволюцию величины зерна также в мас¬
штабе локальных областей неоднородности в легированных ста¬
лях, например, на микрофотографиях 569/5—10 зерна в областях
ликвации кажутся более мелкими, чем в окружающем металле,
однако трудно сделать какие-нибудь обобщения, приведенных
данных недостаточно для характеристики размера зерна.
3. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
Литой или слабодеформированный образец можно подвер¬
гать такой же термообработке, как кованные или прокатанные
стали (с высокой степенью деформации в случае проволоки и
жести). Термообработка последних подробно описана во второй
части книги. Влияние ликвации на деформированные стали рас¬
смотрено в гл. 14 настоящего тома.
Закалка
Ликвационные зоны в слабодеформированных или недефор-
мированных сталях по-разному реагируют на закалку в бейнит-
ной или мартенситной области.
Межзеренная ликвация обычно оказывает небольшое влия¬
ние на структуру (ф. 568/6), особенно когда образец предвари¬
тельно был подвергнут гомогенизации либо специально, либо
в результате повторного нагрева и незначительной деформации
ковкой.
В зонах локальной ликвации, как и темных полосах, напро¬
тив, после закалки возникает структура, отличающаяся от струк¬
туры чистого металла. На микрофотографиях 570 видно, напри¬
мер, что зоны ликвации большого слитка из легированной стали
имеют более высокую закаливаемость, чем окружающий металл,
который имеет бейнитную структуру и твердость (по Роквеллу) по
меньшей мере на пять единиц ниже. Повышенная закаливаемость
ликвационной зоны обусловлена высоким содержанием в ней
углерода и легирующих элементов.
Отжиг
Отжиг слабодеформированных или недеформированных об¬
разцов дает аналогичные результаты. Зоны локальной ликва¬
ции (темные полосы) и V-образные ликвационные зоны содержат
больше легирующих элементов и углерода. Большие размеры
этих областей не позволяют углероду мигрировать, и это приво¬
дит к прямой вторичной ликвации (ф. 547/4); внутри ликва-
ционных зон наблюдается обратная вторичная ликвация угле¬
рода. Даже после повторного а—у-превращения распределение
углерода и легирующих элементов сохраняется; эти большие зоны
ликвации содержат, таким образом, больше перлита, чем окру¬
жающий металл.
II. ДЕФОРМАЦИЯ СТАЛЕЙ
Г. ГОРЯЧАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
После затвердевания слитки обрабатывают давлением, т. е.
пластически деформируют ковкой или прокаткой для получения
полуфабриката или готового изделия. В большинстве случаев
эту операцию проводят при высоких температурах, чтобы исполь¬
зовать пластичность сталей; однако часто производят ковку,
прокатку, волочение или глубокую вытяжку полуфабрикатов
в холодном состоянии (см. гл. 15).
Глава 12
ВОЛОКНИСТЫЕ СТРУКТУРЫ
В результате деформации слиток более или менее явно удли¬
няется в направлении оси. Изменение внешней формы слитка
сопровождается изменением формы его структурных составляю¬
щих — зерен и различных областей неоднородности, удлинение
которых создает волокнистую структуру.
1. СУММАРНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Требуемая форма изделия получается при приложении внеш¬
них механических усилий заданного направления и величины,
в результате чего металл течет в одном или нескольких направле¬
ниях. Независимо от способа приложения нагрузки (сжатие,
растяжение, срез) можно утверждать, что все операции горячей
и холодной пластической деформации приводят к течению ме¬
талла. Течение металла может проходить в одном (выдавливание,
валки с закрытыми калибрами), то форма этого сечения близка
к форме отверстия используемого инструмента. Если же воз¬
можно течение металла в обоих направлениях (валки с обычными
калибрами или обычная ковка), то распределение общего тече¬
ния между продольным и поперечным направлениями изделия
зависит от природы металла, его температуры, первоначальной
формы, а также условий обработки (геометрических факторов,
скорости деформации и последовательности пропусков).
При плоском прессовании цилиндра в осевом направлении
в результате трения поверхностная зона, находящаяся в контакте
с наковальней, остается практически неподвижной по отношению
к последней, таким образом получают плоскую заготовку, тор¬
цовые поверхности которой частично образуются из боковых
поверхностей цилиндра (рис. 55). Микрофотография 577/1 иллю¬
стрирует деформацию диска, вырезанного из слитка: контуры за-
Puc. 55. Схема, показывающая во*
локнистую структуру, образовав¬
шуюся при сжатии цилиндра
Рис. 56. Максимальная де¬
формация в зоне 11 после
незначительного сжатия
цилиндра (по Зибелю)
Рис. 54. Течение металла в
( ,..--Σ≡Ξ3
одном или двух направлениях
твердевания проходят не только вдоль образующей обода кова¬
ного колеса, но также вдоль части его плоских граней (зона под¬
черкнута между стрелками). На этих плоских гранях видны воло¬
совины (поверхностные дефекты), возникшие на поверхности
слитка, а не во внутренней зоне. Внутри прессованных или ко¬
ваных изделий деформация неоднородна (ф. 639/2) — можно раз-
волочение, прокатка массивных профилей) или двух направле¬
ниях (сжатие или прокатка фасонных профилей) (рис. 54).
Степень деформации может быть представлена количест¬
венно либо отношением первоначального сечения S0 к конечному
сечению S (коэффициент деформации S0∕S, или степень деформа-
ции в процентах 100), либо,если уширение незначительно,
O0
отношением толщин. Однако эта конечная «геометрическая» де¬
формация не обязательно соответствует действительной дефор¬
мации, так как некоторые большие поковки деформируют в про¬
дольном и поперечном направлениях (осаживанием и протягива¬
нием) и окончательная форма их близка к первоначальной; в та¬
ких случаях трудно оценить степень деформации [60 J.
Изменение внешней формы
Если используемая схема деформации или оборудования
определяют конечное сечение изделия по всему его контуру (мат¬
рицы для выдавливания, фильеры для волочения проволоки,
Puc. 57. Сечения прутка, откованного в штам¬
пах возрастающей ширины а, б, в
личить три основные зоны с различными степенями деформа¬
ции (рис. 56).
При ковке удлинение и боковое уширение значительно ме¬
няются в зависимости от формы и размера инструмента. При уве¬
личении ширины ковочного штампа удлинение уменьшается,
а боковое уширение увеличивается (рис. 57). Полученное при
этом боковое уширение на свободных поверхностях кованого
29
’»зделия не обязательно является однородным. Если размеры
инструмента малы по сравнению с толщиной обрабатываемого
металла, то деформация происходит только в поверхностных
зонах, полученное изделие имеет форму катушки (см. рис. 57).
Однако, если используемый инструмент велик (и усилие деформа¬
ции достаточно), то получится изделие в форме бочки (см.
рис. 57, в). Похожие явления наблюдаются при прокатке. Во
время первых черновых пропусков слитка или сляба, прокаты¬
ваемых вдоль их меньших граней, на боковых гранях изделия
образуются два продольных выступа. Это обусловлено большим
отношением высоты изделия к диаметру валков (или может быть
также результатом недостаточного прогрева). Во время прокатки
это отношение уменьшается и сечение изделия все более прибли¬
жается к прямоугольному или даже к форме бочки.
Неравномерность деформации
Мы видели, что даже если поперечное сечение изделия по¬
добно поперечному сечению слитка, то тем не менее деформация
может быть неравномерна, в результате чего возникают напря¬
жения (и даже разрывы) и перемещаются зоны микроликвации.
Напряжения. Если поперечное сечение деформирован¬
ного изделия имеет форму катушки (см. рис. 55, а), то возникают
продольные внутренние растягивающие напряжения, так как
более длинные и более широкие поверхностные слои вызывают
растягивающие напряжения в средней плоскости изделия.
Результатом может быть образование внутренних разрывов,
особенно когда имеется осевая ликвация (ф. 581/3). Эти растя¬
гивающие напряжения, как и при холодной прокатке, можно
уменьшить или даже превратить в сжимающие, применив боль¬
шие валки и проходы с большим обжатием, если это позволяет
обрабатываемость прокатываемой стали. Приведенные замеча¬
ния справедливы также для ковки, в процессе которой возможно
заваривание пор и внутренних трещин в слитке.
Если осевая зона дефектна (имеется незаварившаяся рако¬
вина), то периферийный металл не сдерживается центром и пре¬
терпевает значительное расширение, образуя два диаметрально
противоположных выступа на профиле прокатанного изделия.
При прохождении через следующий ряд ручьев валка эти вы¬
ступы могут образовать закаты (однако это не единственная
причина возникновения закатов).
Такие напряжения могут появиться также в одной из кромок
или углов профиля, когда имеется большая разница в попереч¬
ном сечении различных полок профиля. В этом случае получен¬
ный профиль либо искривляется (позже кривизна видоизменяется
из-за разности в скоростях охлаждения различных полок),
либо имеет рифленую или волнистую полку, либо, наоборот,
содержит в некоторых полках поперечные трещины. При осажи¬
вании очень длинного и тонкого слитка растягивающие напря¬
жения в сердцевине могут создать внутренние трещины.
Перемещение зон макроликваций. По¬
мимо напряженного состояния, деформация создает неоднород¬
ность в более глубоких слоях металла. Даже в простых профилях,
таких как блюмы и сутунка, форма зон макроликваций не соот¬
ветствует точно внешней форме изделия; например, внутри
деформированного прутка остается след в виде более или менее
закругленного ромбоида (ф. 573/3 и 578/1). Подобным же образом
круг или шестиугольник сохраняют ясные следы квадратной
формы слитка, из которого они были получены независимо от
того, является ли сталь кипящей или спокойной (ф. 573/1 и
583/3).
Вид внутренней зоны ликвации является результатом того,
что формы промежуточных сечений между блюмом (или слитком)
и чистовым профилем резко различны (калибровка валков:
квадрат, овал, круг,ромбоид и т. д.). В поперечном сечении про¬
филя это приводит к смещению поверхностных слоев металла от¬
носительно менее обработанной сердцевины (однако в продоль¬
ном направлении сердцевина изделия претерпевает то же удлине¬
ние, что и периферия, так как конечная длина этих двух зон
одинакова).
Разница в форме наружной поверхности и внутренних
слоев еще более очевидна в сечениях, обработанных инструментом
малых размеров (прошивка во время ковки, разрезной калибр
при прокатке). Поверхностные слои металла смещаются и ликва-
ционная зона приближается к поверхности вплоть до соприкос¬
новения с ней. Эго явление наблюдается в изогнутых поковках
(ф. 575/3) и еще более отчетливо выражено на поперечных сече¬
ниях прокатанных профилей, имеющих острые углы, например
в уголках (ф. 574/3), балках, шпунтовых сваях или рельсах
(ф. 577/2). Поверхностные слои металла (чистовая зона в кипя¬
щих сталях) перемещаются к краю фланцев (ф. 574/3) или к со¬
бачкам шпунтовых свай. Ликвационные зоны могут быть даже
30
обнажены, например, при удалении больших заусенцев с кова¬
ных заготовок.
Неравномерность деформации в крупносортных профилях
может быть весьма большой. Например, в слабодеформирован-
ных поковках поверхность претерпевает большую деформацию,
чем сердцевина. Поэтому свойства сердцевины будут отличаться
от свойств поверхности или, тем более, от свойств кованого об¬
разца небольшого сечения. Аналогичная разница в свойствах
существует также между головной и донной частью слитка.
Например, в слитке с диаметром головной части 140 мм и донной
части 120 мм, откованном в цилинддрический блюм диаметром
120 мм, обжатие в донной части равно нулю, а в головной части
составляет 1,36 (26,5%).
2. ДЕФОРМАЦИЯ ДЕНДРИТОВ
Образование волокнистой структуры
Если в результате деформации изменяется внешняя форма
изделия, то ее составные элементы (зерна и зоны ликвации)
также деформируются. Деформацию зерен можно проследить
исследуя деформацию дендритов.
Дендриты н пластичные включения (сульфиды и силикаты)
вытягиваются в направлении течения металла. C увеличением
степени деформации дендриты удлиняются до тех пор, пока не
станут похожими на веретена или нити. Вытянутые дендритные
оси и междендритные пространства образуют в таком случае
совокупность параллельных волокон (рис. 58).
Pue. 58. Схематическое изображение волокнистой
структуры в плоском изделии — удлинение ден¬
дритов и зерен
Если конечное сечение деформированного изделия имеет
форму, сходную с сечением слитка (круг или сутунка), то эти
волокна одномерны; поперечное сечение таких нитеподобных
волокон показано на микрофотографии ⅛72∏. Однако если сече¬
ние изделия очень сплющено по сравнению с о слитком, то волокна
являются двухмерными, т. е. имеют форму ленты (ф. 572/1—6).
То же самое справедливо в случае пластичных включений.
На поперечном сечении сутунки они появляются в виде точек
или равноосных пятен, а на поперечном сечении толстого листа —
в форме линз, расположенных параллельно плоскости прокатки.
Если включений много (например, в пудлинговом железе), то
их расположение четко выявляет волокна в изделии (ф. 573/4).
В деформированном изделии, помимо дендритов и включений,
имеются также локальные неоднородности исходного слитка;
они деформируются подобным же образом, но волокна несколько
грубее (см. гл. 13 и 14).
Образованные таким образом волокна ясно видны либо на
серном отпечатке с продольного макротемплета (сульфиды, кото¬
рые менее объемны, чем волокна, выявляют волокнистую струк¬
туру менее ясно), либо на протравленном макрошлифе. Если
плоскость сечения проходит через плоскость или ось прокатки,
то волокна. кажутся совершенно прямыми (ф. 572/7; 581/6);
однако в кованых изделиях волокна не прямолинейны и на макро¬
шлифах они искривлены (ф. 575/1; 577/3; 581/5, 6).^
При ручной ковке стальных заготовок с большой неоднород¬
ностью волокнистые структуры могут иметь сложный рисунок;
это отчетливо выявляется на полированной поверхности (дамас¬
ские мечи).
Свойства волокон
Прочность материалов с волокнистой структурой зависит
от прочности компонентов, т. е. волокон и окружающей их
матрицы. В деформированной стали удлиненные дендритные оси
составляют волокна, которые находятся в матрице, состав кото¬
рой изменен ликвацией. Следовательно, однородность вдоль
волокон выше, чем поперек них; в соответствии с этим механичес¬
кие свойства вдоль волокон лучше. В здоровых слитках и отлив-
ках эта анизотропия механических свойств равна нулю и увели¬
чивается с увеличением степени деформации [61] (рис. 59).
После небольшой степени деформации механические свой¬
ства литой стали улучшаются во всех направлениях, в частности
из-за устранения пористости. Но когда степень деформации пре¬
вышает, 1,5—2,0, механическиесвойства, за исключением прочности
при растяжении, улучшаются в продольном и ухудшаются в по¬
перечном направлении. Для изделий, подвергнутых многоос¬
ному нагружению, благоприятной является степень деформации
2 или 3 (50 или 79%) [62].
В противоположность сортовому прокату, где поперечное
направление определяется однозначно, плоские изделия имеют
два поперечных направления — одно в плоскости прокатки, а
другое — перпендикулярно этой плоскости. Поэтому образцы
для механических испытаний отбирают из листового материала
Рис. S9. Влияние деформации на свойства стали с 0,36% C
вдоль (а) и поперек направления прокатки (б). Исходный
слиток массой 3 т (по Крейтцу)
как в продольном, так и в поперечном направлении; образующая
надреза в ударных образцах всегда перпендикулярна плоскости
прокатки. Эти два направления обнаруживаются также в штам¬
пованных изделиях, причем из-за плоских включений наименее
благоприятным из них является направление сжатия.
Удлиненные включения понижают ударную вязкость в по¬
перечном направлении. Они понижают также чувствительность
к надрезу, когда надрез расположен поперек волокон. Поэтому
в изделиях особого назначения желательно иметь равномерно
распределенные включения, например, в звеньях цепи из пудлин¬
гового железа или пружинах из кремнемарганцовистой стали.
Разницу между свойствами плоского изделия вдоль и попе¬
рек волокон можно уменьшить продольной и поперечной прокат¬
кой, но это, очевидно, возможно только для листов ограниченной
длины (например, толстых броневых листов).
При увеличении степени деформациии происходит гомоге¬
низация, которая также улучшает механические свойства дефор¬
мированных изделий. Эта гомогенизация облегчается тем, что
происходит сближение дендритов, а также некоторая коагуля¬
ция включений. Однако следует отметить, что улучшение меха¬
нических свойств в результате гомогенизации весьма незначи¬
тельно как в очень чистых, так и в очень загрязненных сталях
(т. е. с большим количеством включений), ибо в последнем слу¬
чае преобладает вредное влияние многочисленных строчечных
включений. Механические свойства сталей средней чистоты в
поперечном направлении можно улучшить гомогенизационным
отжигом кованых заготовок до механической и окончательной
обработки при условии, что деталь защищена от обезуглерожи¬
вания и деформации.
Глава 13
СТРУКТУРА
ДЕФОРМИРОВАННОГО СЛИТКА
1. КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ И ЛИКВАЦИЯ
После горячей деформации структура слитка сильно изме¬
няется — дендриты удлиняются до такой степени, что становятся
волокнами. Однако часто картина кристаллизации и ликвации
поперечного сечения деформированного изделия подобна картине
кристаллизации и ликвации поперечного сечения слитка. Это
сходство может иногда ввести в заблуждение, как например,
в случае блюма легированной стали (ф. 583). Здесь вновь прояв¬
ляются особенности слитка: подкорковые газовые пузыри (хотя
в самом деле они расплющены и образуют волосовины на поверх¬
ности блюма), контуры затвердевания (ф. 583/2), параллельные
поверхности в зоне столбчатых кристаллов, затем равноосные
и глобулярные дендриты (ф. 582/7) с темными ликвационными
полосами на половине длины радиуса с характерным асиммет¬
ричным профилем (здесь темные полосы д-типа); на половине
длины радиуса имеются также флокены, которые не видны на
этой микрофотографии.
Структура слитка часто проявляется на поперечном сече¬
нии сложных профилей, например, в бандаже железнодорожного
колеса (ф. 577/1) или даже в рельсе (ф. 577/2). В головке рельса
ясно видна столбчатая зона слитка, за которой следует сердце¬
образная ликвационная область, очерченная белыми точками
(темные полосы рассечены поперек). В то же время разрезной
калибр прокатного стана искажает кристаллическую структуру
поверхности; именно к этому и стремятся в некоторых случаях.
Например, если столбчатые кристаллы расположены параллельно
поверхности (ф. 578/3), то можно избежать ориентированной кри¬
сталлической структуры (ф. 578/2), которая является причиной
образования трещин в подошве рельса.
Если исходная структура слитка очень мелкозерниста или
степень деформации очень велика,то металлографически невоз¬
можно наблюдать микроструктуру: видны только грубые неод¬
нородности, такие как место стыка краевой зоны с сердцевиной,
газовые пузыри и темные полосы в кипящих сталях (ф. 573/Г;
576/4; 578/1), концентрические кольца темных полос, V-образная
зона ликвации, ликвация в головной части слитка (ф. 573/2),
газовые пузыри в спокойных сталях (ф. 575/4) и многочисленные
строчечные включения в пудлинговом железе (ф. 572/8).
Следует также отметить особое явление, происходящее во
время деформации слитка с неполностью затвердевшей сердце¬
виной. Так же, как и при проковке пудлингового же¬
леза, жидкость измененного состава вытесняется из сердцевины
слитка и обедненные примесями дендритные скелеты свариваются
друг с другом, образуя чистую внутреннюю зону. Весьма отчет¬
ливые примеры такой обратной ликвации обнаруживаются в не¬
которых рельсах (ф. 574/2).
Некоторые зоны ликвации не параллельны оси слитка;
например, темные полосы имеют А-образную форму (а иногда
V-образную в головных частях слитков, ф. 645). После деформа¬
ции эти удлиненные зоны ликвации не находятся в одном ряду
с волокнами, особенно в поковках, деформированных в сложных
калибрах (ф. 582/1, 3).
2. ВОЛОКНА И ТРЕЩИНЫ
Типы трещин
В деформированных изделиях имеются трещины различных
типов. Некоторые из них пересекают поверхность, например:
1) волосовины (ф. 577/1; 583/2) многочисленные прямолинейные
мелкие трещины, возникающие из поверхностных газовых пузы¬
рей в слитке; 2) плены — поверхностное отслаивание в резуль¬
тате разбрызгивания металла у дна слитка; 3) закаты (ф. 584/3
и 582/4), которые аналогичны волосовинам, но не являютса пря¬
мыми и радиальными и образуются во время ковки или прокатки.
Другие трещины являются внутренними: 1) флокены
(ф. 585) — чашеобразные разрывы; 2) расслоения — разделение
плоских изделий или профилей вдоль осевой плоскости (усадоч¬
ная раковина слитка или веерообразная деформация конца сляба
или блюма).
Некоторые трещины не имеют предпочтительного располо¬
жения: 1) строчечные силикатные включения; 2) горячие трещины
(ф. 581/3 и 584—6), возникающие или из-за плохой обрабатывае¬
мости металла в горячем состоянии, или из-за неравномерности
31
обработки и нагрева; 3) холодные трещины (ф. 584/4), которые
появляются в результате очень быстрого охлаждения или на¬
грева высокоуглеродистой стали.
Некоторые трещины образуются только во время деформации
слитка, например закаты и флокены. Другие, подобно волосо¬
винам и строчечным силикатным включениям, возникают в ис¬
ходном слитке. Часть трещин может появиться до или после де¬
фор маци и [ 63 ]. Важно знать происхождение трещин и опреде-
лить, на какой стадии производства они появились; во время
"плавки;-на разливочной площадке, в нагревательных колодцах,
'βo-Bp6MH прокатки на блюминге или реЭКИ на НбЖЯИШ, в печи
дли I ιuBιι up нт и нагрева hü время прокатки или яри последующей
обработ кеУ Одна ко_ установить это точно бывает трудно или не~
вбзмбжнп-
Часто эту проблему можно разрешить, изучая связь трещин
с ликвацией и образованием волокнистой структуры. Наиболее
типичным является случай заката, возникающего во время про*
катки или ковки.
Если около заката выявляются волокнистая структура
(ф. 584/1) или строчечные включения (ф. 584/4), то легко можно
различить закат и горячую или холодную трещину, которая про¬
ходит через волокна. Если же структуру установить невоз¬
можно, например в зоне с очень небольшой ликвацией и с очень
мелкими кристаллами, то отличить закаты от волосовин или от
внутренних трещин помогают второстепенные признаки: в пер¬
вом случае — форма, количество, симметрия или наличие экзо¬
генных включений, и во втором — наличие и природа включений,
сильная ликвация или обезуглероживание.
Для идентификации внутренних трещин может быть исполь¬
зован метод выявления локальной ликвации (трещины или фло¬
кены по бокам темных полос, ф. 580 и 581/7) или макроликвации
(ликвационные полосы, содержащие большое количество карби¬
дов, ф. 581/3). Если имеются флокены, которые обладают харак¬
терной формой (ф. 585/4) и распределением (ф. 585/1, 3), то иден¬
тификация иногда упрощается.
Флокены
На поверхностях излома деформированных изделий флокены
проявляются в виде светлых чечевиц, диаметр которых меняется
от 1 мм до нескольких сантиметров (ф. 585/4). На полированном
шлифе они похожи на очень тонкие трещины, видимость которых
можно улучшить, применяя либо магнитную дефектоскопию,
либо кислотное травление (ф. 585/1), в результате которого окру¬
гляются края трещины.
Появление флокенов связано с рядом факторов. Основной
причиной является очень высокое содержание водорода: ниже
определенной его концентрации, которая может быть получена
при отливке в вакууме, склонность к флокенообразованию исче¬
зает. Во время охлаждения содержание водорода уменьшается
вследствие диффузии по направлению к поверхности деформи¬
рованного изделия. Если во время прохождения через критичес¬
кую зону от 400 до 200° C скорость охлаждения очень мала, то
флокены больше не обнаруживаются ни в тонких, ни в толстых
сечениях (это и есть одна из мер против флокенообразования).
В результате направленной наружу диффузии на периферии ко¬
ваных и прокатанных изделий не образуются флокены, поэтому
трещины не окислены и могут быть заварены при последующей
деформации. Объем металла, включающего флокены, а также
количество и расположение флокенов зависят от скорости ох¬
лаждения ниже температуры, при которой они образуются, т. е.
200° C (ф. 585/1—3).
Некоторые легирующие элементы, такие как никель, молиб¬
ден, хром и марганец, увеличивают склонность металла к обра¬
зованию флокенов. Из-за высокой прокаливаемости ликвацион-
ных зон может образоваться остаточный аустенит, в котором
концентрируется водород. Таким образом, хотя и нет близкой
связи между флокенами и ликвацией, темные полосы в V-образ-
ной зоне ликвации благоприятствуют их образованию. Поэтому
флокены возникают, как правило, в больших поковочных слит¬
ках легированной стали, однако обнаруживаются и в тонких
изделиях, например даже в 40-мм листах из низколегированной
стали (ф. 585/4).
Внутренние напряжения влияют на направление флокенов
[64], которые ориентируются в направлении последней де¬
формации детали. Например, в блюмах флокены перпендику¬
лярны выпуклым граням, а в толстых листах (ф. 585/4) они па¬
раллельны плоскости прокатки. В последнем случае полосчатая
структура не будет играть существенной роли [64], за исключе¬
нием участков, где имеется значительная ликвация.
Глава 14
ПОЛОСЧАТЫЕ СТРУКТУРЫ
1. ПОВЕДЕНИЕ УГЛЕРОДА
В результате дендритной ликвации в слитках после горячей
деформации возникает рассмотренная выше волокнистая струк¬
тура, в которой чередуются волокна с большей или меньшей
степенью ликвации растворимых в стали элементов (P, Mn, Si,
Ni, Cr, Mo и др.) или нерастворимых составляющих (сульфидов,
окислов и др.). Структура, выявляемая при травлении волокон
специальными реактивами, называется первичной полосчатой,-
или' проще — волокнистой" структурой.
Во время затвердевания углерод диффундирует к тем же
участкам, что и другие элементы. Это является прямой ликва¬
цией углерода к междендритным пространствам. Однако после
полного затвердевания концентрация углерода в аустените в про¬
тивоположность другим элементам быстро выравнивается. После
ч прохождения через зону превращения появляется вторичная
структура (состоящая обычно из феррита и перлита), которая
часто’бывает неоднородной, т. е. состоит из полос феррита и пер¬
лита, чередующихся с той же частотой и расположенных так же,
как и первичные ликвационные полосы. Это полосчатое распо¬
ложение называется вторичной полосчатой структурой (или про¬
сто полосчатой структурой). Феррит обнаруживается в первич¬
ных полосах со слабой ликвацией, а"-углер’од (в перлите), как
и во время затвердевания, находйтЬя в’лйквациОнных полосах.
В таком случае говорят, что углерод претерпел прямую ликвацию.
В других случаях феррит находится в первичных полосах с наи¬
большей ликвацией, а перлит образуется в более чистых поло¬
сах. Это называется обратной ликвацией углерода.
Это явление миграции углерода аналогично тому, что имеет
место в литом металле; единственным влиянием обработки давле¬
нием является то, что она деформирует дендриты и удлиняет их
До формы волокон "йли ттолОс.
Механизм образования чередующихся полос феррита и пер¬
лита включает диффузию углерода в области превращения A3—
A1 во время охлаждения. В одних случаях углерод диффунди¬
рует из аустенита, где он распределен квазиоднородно, по на¬
правлению к ликвационным зонам, а в других — по направле¬
нию к более чистым зонам. Величина этой прямой и обратной
ликвации углерода меняется в зависимости от пути диффузии
(толщины полос) и от времени, т. е. от скорости прохождения
через зону превращения.
Влияние толщины полос
Если в результате образования мелкозернистой структуры
при затвердевании или высокой степени деформации толщина
полос очень мала, то диффузия углерода может протекать быст¬
рее и полосчатая структура становится более заметной. Однако
гомогенизация (см. гл. 10) оказывает противоположное влияние.
Диффузия углерода во время прохождения через область A3—A1
будет более медленной, если первичные полосы и волокна имеют
значительную толщину — до 1 мм. Эго происходит, например,
в изделиях, где полосы образованы из локальных ликвационных
зон, диаметр которых в 5-т слитках составляет от 3 до 10 мм.
Когда толщина полос более 1 мм, углерод действует подобно
другим легирующим элементам и создает макроскопические зоны
прямой ликвации: например, в слитках внутри темных ликва¬
ционных полос содержание углерода остается высоким. Кроме
того, толстые полосы могут разделиться на более тонкие, в пре¬
делах которых углерод может мигрировать. Этот распад толстой
полосы на несколько тонких обусловлен дендритной структу¬
рой самой темной полосы; каждая такая полоса состоит из боль¬
шого количества дендритов (ф. 544/3 и 656), которые иногда
толще, чем дендриты вокруг них. Более того, при исследовании
продольного сечения прутка или профильного сортового проката
в большинстве случаев наблюдается «широкополосчатая» струк¬
тура, расположенная на половине длины радиуса и в центре
прутка, тогда как в чисто междендритных пространствах нахо¬
дится узкополосчатая структура.
Влияние скорости охлаждения
Если скорость охлаждения в области превращения очень
мала, то углерод может диффундировать на большие расстояния
и ликвация совершенно отчетливо видна даже в весьма толстых
полосах. При увеличении скорости охлаждения углерод не может
мигрировать на большие расстояния и вторичная полосчатая
структура становится слабее и исчезает. Обычно это происходит
во время нормализации изделий среднего сечения, например при
охлаждении на воздухе прутков или фасонных профилей (ф. 586/5).
Как и для более высоких скоростей охлаждения, распределение
углерода сохраняется (в масштабе полосы). Во время поверхност¬
ной закалки, которая дает смешанные структуры тонкопластин¬
чатого перлита, бейнита и мартенсита, диффузия углерода, необ¬
ходимая для образования карбидов, протекает в значительно
меньших объемах (в лучшем случае в масштабе зерна), и полосы
не образуются. При закалке на мартенсит полосы тем более не
будут возникать, так как диффузия углерода не происходит.
Однако первичная полосчатая структура существует и мо¬
жет проявляться, так как ликвация оказывает значительное
влияние на прокаливаемость стали.
Если закаленные изделия подвергают высокому отпуску,
то иногда вновь проявляются вторичные полосчатые структуры,
т. е. происходит диффузия углерода, на этот раз в феррите с пре¬
имущественным образованием карбидов в областях, соответ¬
ствующих первичной полосчатой структуре.
2. ВЛИЯНИЕ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Углеродистые стали
Кремний и фосфор в углеродистых сталях оказывают оди¬
наковое воздействие на полосчатые структуры. В спокойных
сталях обычно содержится приблизительно 0,2% Р. Выше этого
содержания фосфор добавляют вместе с марганцем в конструк¬
ционные стали, чтобы повысить их предел текучести. Как пра¬
вило, фосфор также содержится в сталях и его добавляют для
повышения предела текучести вместе с медью; например, в то-
масовских медистых сталях фосфор повышает их стойкость про¬
тив атмосферной коррозии.
Влияние фосфора и других элементов было изучено Бастиа¬
ном с сотрудниками [65]. Так как фосфор повышает точку A3,
полосы, в которых имеется ликвация фосфора, во время охлаж¬
дения первыми превращаются в феррит, а углерод мигрирует
в полосы, которые являются еще аустенитными. Последние обо¬
гащаются углеродом и поэтому при прохождении линии A1
в них образуется перлит с минимальным количеством феррита
по границам первичных аустенитных зерен.
Микроструктура в зоне превращения A3—A1 представлена
на микрофотографии 586/2. В этой кипящей стали газовые пу¬
зыри на стыке краевой зоны с сердцевиной частично заполнены
металлом, претерпевшим ликвацию. После деформации эти
области выявляются в виде чечевиц или толстых полос, которые
содержат большое количество фосфора, способствующего при
охлаждении образованию феррита.
При увеличении скорости охлаждения диффузия углерода
затрудняется, вторичная полосчатая структура исчезает
(ф. ⅛6∕5,7), поэтому в стали с высоким содержанием углерода
(выше, чем в среднеуглеродистых сталях) фосфор играет роль
упрочняющего элемента. Изменение температур превращения
аустенита можно представить термокинетическими диаграммами,
полученными на основании кривых непрерывного охлаждения
(рис. 60) [66]. Кривые показывают, что для небольших скоростей
охлаждения начало превращения аустенита в феррит в областях,
где имеется ликвация фос<}юра, выше, чем в полосах без лик¬
вации.
Для более высоких скоростей охлаждения начало аусте¬
нитного превращения в зонах с ликвацией на диаграмме распо¬
ложено ниже и правее. Это указывает на то, что фосфор является
упрочняющим элементом. В точке пересечения кривых, показы¬
вающих начало превращения аустенита в феррит, феррит за¬
рождается одновременно во всех полосах и образование вторич¬
ной полосчатой структуры подавляется (ф. 586/5—7). Такая
структура получается при нормализации в промышленных усло¬
виях.
Направление миграции углерода (прямое или обратное)
можно определить металлографически либо при помощи трави-
теля Оберхоффера для выявления волокон (первичной полосча¬
той структуры), используемого как отдельно, так и вместе с дру¬
гими реактивами (ф. 587/6), либо путем изучения различных
типов включений [67]. Как уже было показано (ф. 522/5), суль¬
фиды собираются предпочтительно в междендритных простран¬
ствах, а силикаты часто обнаруживаются в дендритных скелетах.
Таким образом, если после деформации сульфидные и силикатные
(или силико-алюминатные) включения образуют отчетливые
полосы, то это соответственно ликвационные и более чистые
полосы (ф. 586—593).
Если феррит обнаруживается в полосах, содержащих сили¬
каты (зоны слитка без ликвации), а перлит в полосах, содержа¬
щих сульфиды (ликвационные зоны слитка), то ликвация угле¬
рода называется прямой. Она происходит при наличии в стали
марганца (если содержание серы не очень высоко). Если, наобо-
Puc. 60. Смещение термокинетической кривой пслсдстпне
ликвации фосфора в слитке хромоникслепой стали
(по Бастиану и др.)
рот, феррит находится в сульфидных, а перлит в силикатных
полосах, то ликвация углерода называется обратной. Она воз¬
никает при наличии в углеродистой стали кремния и фосфора
(ф. 586/6).
Легированные стали
Медленное охлаждение. В легированных ста¬
лях все элементы, кроме кремния и фосфора, влияют на харак¬
тер вторичной полосчатой структуры. Марганец, никель и хром
(в небольших количествах) понижают температуру A3 и ведут
к прямой ликвации углерода: феррит находится в силикатных
полосах (т. е. чистых). Кремний, фосфор, молибден/ванадий,
вольфрам [68] и сера (в присутствии марганца) повышают тем¬
пературу A3 и вызывают обратную ликвацию углерода: феррит
находится в сульфидных полосах, а перлит в полосах, имею¬
щих небольшую ликвацию.
В сталях с достаточно высоким содержанием легирующих
элементов, например, в самозакаливающихся, очень малые
скорости охлаждения могут привести к повторной миграции
углерода в ферритной фазе при температурах несколько ниже A1
и образованию полос, состоящих из мелких коагулированных
карбидов.
Проблема становится более сложной, когда одновременно
присутствуют несколько элементов одной и той же группы, или
элементы, оказывающие противоположное влияние на образова¬
ние вторичной полосчатой структуры. В марганцевомолибдено¬
вых сталях (ф. 587) марганец имеет большее влияние и дает
прямую ликвацию углерода, при этом феррит находится в чистых
силикатных полосах. То же самое справедливо для хромомолиб¬
деновой стали (ф. 590/4, 5), в которой хром имеет большее влия¬
ние, чем молибден.
Было показано также [69], что в легированной стали дан¬
ной марки влияние легирующих элементов различно в зависи¬
мости от того, была ли сталь выплавлена в кислой или основной
печи; возможно это объясняется различным содержанием серы
и кремния. Имеет значение и то, из какой части слитка изготов¬
лено изделие. Например, прутки, откованные из донной части
6,5-т слитка хромоникелевой стали, имели вторичную полосча-
5
Металлография железа,
III
33
тую структуру с прямой ликвацией углерода, а ликвация угле¬
рода в прутках из головной части того же слитка была обратной.
Марганец играет особую роль из-за его сродства к сере.
Если содержание серы велико, то ликвационные полосы обед¬
няются марганцем и склонность к образованию полосчатой
структуры уменьшается. Эта вторичная полосчатая структура
может либо исчезнуть и перлит обнаружится как в сульфидных,
так и в силикатных полосах [66], либо появиться вновь с обрат¬
ной ликвацией углерода. Местное обеднение марганцем вблизи
включений было определено при помощи микрозонда [66, 70].
Действие марганца зависит от степени раскисления стали, кото¬
рая влияет на форму и распределение сульфидных включений.
Иногда силикатные или сульфидные включения окружены
полосой феррита, которая отчетливо видна на фоне перлита
(ф. 587/4).
Быстрое охлаждение. При более высоких
скоростях охлаждения почти все легирующие элементы имеют
не сказывается при точении, особенно если его проводят поперек
волокон. Но в медленно охлажденных самозакаливающихся
сталях могут образоваться очень твердые полосы, которые
вызывают преждевременный износ режущих инструментов.
Влияние полосчатой структуры на склонность стали к хруп¬
кому разрушению более сложно. Прежде всего это относится
к изделиям плоской формы. Если эти изделия подвергаются
изгибающим напряжениям, то в них иногда появляются слои¬
стые изломы. "Причины возникновения слоистых изломов много¬
образны: первичная полосчатая ликвация при наличии однород¬
ных вторичных структур (нормализованных или закаленных
и отпущенных), первичная и вторичная ликвация (например,
феррит и перлит или перлит и мартенсит), строчечные включения
с более или менее заметной первичной ликвацией. Эти металлур¬
гические факторы в сочетании с чувствительностью стали к над¬
резу, стойкостью каждой полосы к распространению трещин и
условиями нагружения чрезвычайно осложняют проблему [72].
Рис. 61. Кинетика образования структур в полосах с ликвацией
а — легированные стали; б — углеродистые стали; 1 — промышленные
( — — — — —) и без ликвации (- —):
скорости охлаждения (по Бастиану и др.)
одинаковое влияние на прокаливаемость; аустенитное превра¬
щение замедляется, а термокинетические кривые искажаются
в большей или меньшей степени и смещаются вправо.
Поэтому ликвационные полосы имеют более высокую про¬
каливаемость, чем более чистые полосы, и может возникнуть
структура, состоящая из чередующихся полос, содержащих
игольчатый феррит, тонкопластинчатый перлит, различные
типы бейнита или мартенсита. Например, на микрофютографии
588/2 феррит и перлит чередуются с бейнитом. Аналогичные
структуры обнаруживаются после ступенчатого охлаждения:
на микрофотографии 593/1 зернистый феррит и перлит чередуются
с мартенситом, на микрофотографии 593/5 бейнит чередуется
с мартенситом и на микрофотографии 593/7 перлит чередуется
с мартенситом. Для некоторых легированных сталей были по¬
строены кривые изотермического превращения [66].
Кинетика образования вторичных полосчатых структур
представлена на рис. 61, где показаны кривые начала превра¬
щения в полосах с ликвацией и без ликвации.
В заэвтектоидных углеродистых сталях ликвация карбидов
протекает в полосах, содержащих включения в виде удлиненных
сульфидов, нитрида титана, силикатов или алюмосиликатов.
Если карбидные полосы уничтожаются закалкой с высоких
температур, то они могут появиться вновь во время сфероидиза-
ции [71]. В быстрорежущих сталях карбиды имеют эвтектиче¬
ское происхождение: они появляются во время затвердевания
и затем во время ковки образуют полосы (ф. 581/1 и 582/2).
Их нельзя растворить при нагреве до высоких температур, осо¬
бенно если они содержат стабилизирующие элементы, однако
карбиды могут быть раздроблены при ковке.
3. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
Так как вторичная полосчатая структура неоднородна как
с химической, так и со структурной точек зрения, то и механи¬
ческие свойства стали неоднородны. Это особенно относится
к таким свойствам, как твердость и пластичность, т. е. к обра¬
батываемости и склонности к образованию трещин.
Неоднородность свойств оказывает непосредственное влия¬
ние на обрабатываемость сталей, это наиболее заметно при про¬
дольной обработке резанием с низкими скоростями [69] (про¬
шивание и фрезерование), где особенно плохие результаты полу¬
чаются, если расстояние между полосами очень велико (напри¬
мер, более 0,1 мм). В то же время полосчатая структура почти
34
Однако в некоторых случаях эта полосчатость полезна, напри¬
мер в продольно-напряженных непросверленных пружинах из
кремнемарганцовистой стали [73]. Эксплуатация этих пружин
при резких ударах более безопасна, если включения располо¬
жены близко к поверхности. Однако при нормальном нагруже¬
нии (как при изгибе, так и при кручении) следует избегать
включений около поверхности.
4. МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ
ВТОРИЧНОЙ ПОЛОСЧАТОСТИ
Так как вторичная полосчатость зависит как от предшеству¬
ющей, так и от последующей термической обработки, то для
ее уменьшения можно выбрать два способа.
Когда слиток имеет мелкозернистую структуру, первичная
полосчатая структура проявляется слабо. В этом случае зона
столбчатых кристаллов особенно однородна: слабая межден¬
дритная ликвация, очень малое количество меж- и внутриден-
дритных включений, отсутствие зон локальной ликвации и
очень небольшая макроликвация (если сравнивать головную
часть слитка с донной). Так как влияние этих зон ликваций
увеличивается с массой слитка, плоские изделия лучше изго¬
тавливать из полуплоских слитков, которые затвердевают
быстрее. Тем не менее, даже в слитках с мелкозернистой струк¬
турой трудно избежать осевой V-образной ликвации (ф. 542/2).
Только при специальных методах плавки, например, при плавке
с расходуемым электродом, V-образная ликвация не возникает.
Первичную полосчатость можно уменьшить гомогениза-
ционным отжигом, такой отжиг для деформированного металла
более эффективен, чем для литого, а на макроликвацию не ока¬
зывает никакого влияния, например, в чистой поверхностной
зоне кипящих сталей низкое содержание углерода остается даже
в прокатанных листах (ф. 620/5).
Образование вторичной полосчатой структуры может быть
подавлено различными способами. Например, для улучшения
обрабатываемости стали в продольном направлении применяют
нормализацию (ф. 568/1, 2); для смягчения высокоуглеродистых
сталей после нормализации проводят неполный отжиг. Исполь¬
зуют также высокотемпературный отжиг, так как вторичные
структуры исчезают, когда размер зерна достигает толщины
полос. Кроме того, можно разумно сбалансировать содержание
элементов с противоположным влиянием (Мп—Si, Mn—S, Ni—
Cr—Mo). Все эти операции подавляют вторичную полосчатость
только в определенном интервале скоростей охлаждения. Если
первичная полосчатая структура, несмотря на однородность
вторичной структуры (ф. 590/3), не исчезает, то очевидно, что
она может появиться вновь во время последующей термической
обработки.
Д. ДЕФОРМАЦИЯ
И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
В предыдущем разделе рассматривалось влияние деформации
на междендритную и локальную ликвации в слитках, а также
влияние этих ликваций на кинетику аустенито-ферритного пре¬
вращения (полосчатые структуры). В результате любой пласти¬
ческой деформации происходят дробление и искажение зерен,
т. е. перерождение кристаллической структуры стали и, следо¬
вательно, изменение ее механических, физических и химических
свойств. При комнатной температуре это изменение определяется
только деформацией и в таком случае говорят, что сталь была
деформирована в холодном состоянии. Однако если деформация
проводится при температуре, при которой неравновесное напря¬
женное состояние самопроизвольно переходит в равновесное, то
применяется термин «горячая деформация» (или горячая де¬
формация с последующим самоотжигом).
В настоящем разделе будут описаны эффекты сначала хо¬
лодной деформации, а затем повторного нагрева (рекристалли¬
зации). Оба эти процесса протекают практически одновременно
при ковке и прокатке, а также при испытаниях на ползучесть
Глава 15
ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Этот метод формоизменения приводит к деформации зерен
стали, однако эта деформация не является однородной ни в мас¬
штабе заготовки, ни в масштабе зерна, ни в более элементарном
масштабе.
L СУММАРНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Под влиянием холодной деформации (так же, как и горячей)
сечение детали в результате пластического течения, проходя¬
щего в определенных направлениях, изменяется.
И в этом случае могут быть использованы понятия «направ¬
ление течения» и «величина деформации». Если начальное и
конечное поперечное сечения равны S0 и S, то степень холодной
деформации определяется соотношением:
е. % = ⅛⅛
0O
В случае листов, где уширение бывает незначительным,
поперечные сечения заменяют толщинами E0 и Et а в случае
проволок — квадратами диаметров D0 и D.
Неравномерность деформации
под влиянием формоизменения
В пределах данного сечения деформация редко бывает равно¬
мерной, в результате чего возникают внутренние напряжения.
Наиболее ярким примером является простое сжатие куба, где
максимальная деформация имеет место на диагональных пло¬
скостях, и, в частности, в центре изделия (см. рис. 54), а зоны,
соприкасающиеся со штампами, из-за трения практически не
претерпевают изменений (холодная ковка).
При холодной прокатке листов деформация неравномерна
даже в том случае, если изделие при входе в клеть имеет равно¬
мерную толщину, а валки совершенно параллельны. Это явле¬
ние усугубляется, когда увеличивается отношение толщины
листа к диаметру валков (см. гл. 12, с. 30). Так как поверх¬
ностные слои листа имеют большую склонность к удлинению,
чем внутренние зоны, возникают сжимающие напряжения. Это
происходит также во время волочения. В высокоуглеродистой
стали при использовании небольших обжатий сжимающие напря¬
жения становятся весьма значительными. В заводской практике
тонкие листы для глубокой вытяжки подвергают холодной де¬
формации с очень незначительным обжатием на поверхности.
Неравномерность холодной деформации проявляется и по
ширине прокатанного листа, если неравномерна исходная тол¬
щина его, различны размеры зерен, неравномерна смазка, не¬
правильна центровка валков. В таких случаях листы из низко¬
углеродистой стали могут иметь в продольном направлении
волнистую поверхность, а листовые заготовки из высокоугле¬
родистой стали могут даже расслоиться в продольном направле¬
нии, если выпуклость бочки валков очень велика.
Неравномерность холодной деформации мешает некоторым
операциям гибки, если толщина обрабатываемой заготовки
велика или если гибка сочетает, например, кручение и сжатие
при изменении формы уголка. В таких случаях распределение
пластического течения и остаточных напряжений между растя¬
нутыми и сжатыми поверхностями меняется в зависимости от
условий гибки (ф. 612).
Неравномерность деформации,
обусловленная металлом
Холодная макроскопическая пластическая деформация чи¬
стых металлов и большинства сплавов протекает, также как
и горячая деформация, непрерывно. Однако пластическое течение
промышленных сталей в отожженном состоянии неоднородно,
так как деформация локализуется в некоторых областях данной
заготовки однородного сечения. За различными стадиями дефор¬
мации можно проследить при помощи обычной диаграммы растя¬
жения.
На рис. 62 показана кривая растяжения плоского образца —
зависимость нагрузки от удлинения. Область упругой деформа¬
ции для мягкой стали заканчивается у верхнего предела теку¬
чести, затем начинается плато напряжения, соответствующее
Рис. 62. Диаграмма ра¬
стяжения низкоуглеро¬
дистой стали:
Р— нагрузка; А —удли¬
нение
нижнему пределу текучести, которому соответствует удлинение
образца под действием квазипостоянной нагрузки. Затем сле¬
дует период наклепа, при котором напряжение снова повышается,
пока не образуется шейка. За этим максимумом следует падение
кривой, которое заканчивается разрушением образца.
Во время стадии текучести на поверхности образца появ¬
ляются полосы, составляющие с осью растяжения угол около 50°
(ф. 594/1). Эти полосы ясно видны по всей окружности образца
и называются линиями Чернова—Людерса. Если скорость рас¬
тяжения очень мала, то появляется одна или две полосы — они
начинаются на краях образца и постепенно покрывают его по
всей длине. В этом случае площадка текучести прямолинейна.
В момент встречи двух полос на конце площадки появляется
небольшая спускающаяся вниз ступенька [74]. При более
высоких скоростях растяжения, используемых, например, в за¬
водских испытаниях, полосы более многочисленны и быстро
следуют одна за другой, давая горизонтальную ступеньку с зубом
текучести. Когда проводятся испытания на растяжения при
более высоких температурах (около 200° С), эти внезапные паде¬
ния напряжения происходят во всей области пластичности
и кривая растяжения состоит полностью из зубцов текучести или
штрихов. Этот процесс Портевена—Лешателье протекает также
во время деформации метастабильного аустенита (ср. гл. 17).
Такая неоднородность пластического течения обусловлена нали¬
чием внедренных атомов в твердом растворе а- или у-железа,
сгруппированных в атмосферы Коттрелла. Перераспределение
этих атмосфер в феррите во время и после деформации вызывает
деформационное старение мягких сталей. В результате появ¬
ляются очень мелкие выделения карбидов и нитридов, особенно
после незначительного нагрева пластически деформированного
материала. Эти выделения позволяют выявить линии Чернова—
Людерса внутри деформированного материала.
Такие линии (или полосы) обнаруживаются на большом
числе металлургических изделий и называются линиями сколь¬
жения. На плоских изделиях в слегка деформированных участках
35
они образуют несколько групп пересекающихся линий. При
горячей прокатке изделия эти линии видны не из-за связанного
с ними рельефа, а потому, что на пластически деформированных
участках окалина отслаивается и обнажается металлическая
поверхность (ф. 594/3). Линии текучести можно обнаружить
на всех профилях сортового проката, которые обычно после
горячей прокатки правят в холодном состоянии, а также на
листах, отформованных в холодном состоянии, например вокруг
прошитых отверстий.
Линии скольжения встречаются на всех листах из низко¬
углеродистой стали, которая не была прокатана в валках дрес¬
сировочной клети, или на листах, которые были состарены после
этой прокатки. Линии скольжения обычно считают поверхност¬
ными дефектами (ф. 595/1). Они более заметны на мелкозерни¬
стых листах, чем на крупнозернистом материале, но в последнем
появляется другой тип дефекта, так называемая «шагреневая
поверхность» (см. гл. 15). Линии скольжения встречаются также
на полированном холодной прокаткой и луженом листе, напри¬
мер, вокруг букв и знаков, выдавленных на консервных банках
(ф. 595/6).
Если тонкий лист (толщиной менее 0,5 мм) изгибают вокруг
цилиндрической оправки, закругление получается не плавным,
а с последовательными загибами, дающими многоугольный про¬
филь (ф. 594/2).
Такой вид приобретает, например, холоднокатаная и оттож-
женная лента при неосторожной размотке бухты, так выглядит
и печной трубопровод.
Если с более массивных изделий, таких как сортовой про¬
кат, была удалена окалина, то линии скольжения видны хуже.
Если же пластическая деформация привела к образованию
видимых выделений, то линии скольжения могут быть выявлены
макротравлением, которое дает возможность наблюдать линии
Чернова—Людерса как на поверхности (ф. 594/5), так и внутри
заготовки (ф. 594/6). На продольном шлифе звена цепи из низко¬
углеродистой стали (ф. 595/2) видно, в частности, что во время
эксплуатации напряжения превышали предел текучести. Чтобы
избежать хрупкости вследствие деформационного старения,
необходим нормализационный отжиг (ф. 608/2). Выявление
линий Чернова—Людерса внутри деформированных стальных
изделий дает возможность исследовать нагрузки, которые пре¬
терпела заготовка [76]. Деформация за пределами плато на
кривой растяжения вызывает однородное выделение фаз по всему
объему металла и сохраняются только те линии, которые обра¬
зовались раньше.
Структура этих линий становится видимой при средних
увеличениях. Граница между пластически деформированной
полосой, которая на микрофотографии 595/6 является темной,
и светлым металлом вокруг нее состоит из наклепанных (темных)
и недеформированных (светлых) зерен. Это похоже на схему,
предложенную Круссаром [74]; создается впечатление, что
полосы Чернова—Людерса распространяются от зерна к зерну.
Таким образом, в промышленных малоуглеродистых сталях
линии скольжения весьма заметны. Так как они находятся
в феррите, очевидно, что их развитие уменьшается с увеличением
содержания углерода в результате появления все большего
количества перлита. Однако в средне- и высокоуглеродистых
сталях все же обнаруживается нижний предел текучести, который
связан с линиями скольжения. В этом случае линии Чернова—
Людерса можно выявить, если структура является благоприят¬
ной, например, состоит из мелких и не очень дисперсных феррит¬
ных зерен. Например, в двух сваренных и выправленных рель¬
сах (ф. 609/7) линии скольжения появились в зоне, где эта
благоприятная структура образовалась в результате сварки.
Линии скольжения на поверхности изделия Появляются
только при свободной деформации (растяжении или глубокой
вытяжке), остаются здесь вплоть до разрушения образца (ф.595/5)
и образуют рельеф, который нельзя закрасить. Линии скольже¬
ния не видны, после прокатки или волочения — это является
результатом прокатки в валках дрессировочной клети для их
временного подавления. Они также не встречаются в сталях,
которые были обеэуглерожены или деазотированы в атмосфере
водорода (см. настоящую главу, с. 42).
2. ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА
НАКЛЕПАННЫХ ЗЕРЕН
Если приложенные напряжения малы, то материал дефор¬
мируется упруго и после снятия напряжений восстанавливается
до первоначальных размеров. Эта общая упругая деформация
осуществляется путем упругого удлинения кристаллической
решетки в направлении растяжения и уменьшения межатомных
36
расстояний в направлении сужения площади поперечного се¬
чения (рис. 63). Если внешнее напряжение увеличивается, то
упругое удлинение продолжается до определенного предела,
при котором материал либо разрушается, либо в результате
пластической деформации изменяет свою форму.
Упругая область имеет большую протяженность, если ма¬
териал не содержит дефектов в масштабе решетки (вакансий или
дислокаций), в этом случае упругая деформация заканчивается
разрывом межатомных связей. Большинство монокристаллов и
поликристаллических материалов содержат дефекты (см. гл. 13,
т. 1), и их перемещение и размножение значительно понижает
предел текучести, обусловливая деформацию путем скольжения.
Так как кристаллическая решетка является механически ани¬
зотропной, скольжение протекает вдоль определенных плоско¬
стей решетки и изменяет внешнюю форму зерна. Твердые, не¬
пластичные частицы (карбиды и включения) разрушаются.
Удлинение и искажение зерен
Зерна вторичной структуры главным образом феррит с уве¬
личением степени холодной деформации все более удлиняются,
так же как при горячей деформации дендриты превращаются
в волокна (см. гл. 12). Удлинение всей детали является резуль¬
татом удлинения зерен, так же как удлинение каждого зерна
является суммой сдвигов по одной или нескольким группам
плоскостей скольжения. Так как ориентация зерен относительно
направления течения меняется от одного зерна к другому, де¬
формация материала неоднородна. Кроме того, деформацию
каждого зерна сдерживают соседние зерна, поэтому с увеличе¬
нием протяженности границ зерен и, следовательно, с уменьше¬
нием размера зерен увеличивается сопротивление деформации.
В результате деформации скольжением образуется рельеф
на поверхности изделия (ф. 599) и если зерна достаточно велики,
то изображение их границ можно видеть невооруженным гла¬
зом. Этот рельеф, который более четко выявляется предвари-
Puc. 63. Упругая деформация кубиче¬
ской элементарной ячейни железа
тельной полировкой, называется шагреневой поверхностью и
для листа, предназначенного для глубокой вытяжки, представ¬
ляет поверхностный дефект.
Рельеф, обусловленный скольжением, можно видеть и
внутри изделия. На микрофотографиях 596/8 и 598/7 некоторые
границы зерен являются ступенчатыми. Деформация скольже¬
нием аналогична деформации колоды карт и сопровождается
поворотом плоскостей скольжения относительно внешних сил
(рис. 64), которое может вызвать скольжение в других плоско¬
стях, более благоприятно ориентированных, чем первая. Зерна,
которые стали достаточно длинными, покрываются сеткой пере¬
секающихся линий скольжения (ф. 598/8). Однако из-за взаимо¬
действия соседних зерен холодная деформация в любом данном
зерне неравномерна и могут существовать части зерен, полу¬
чившие небольшой наклеп даже после значительной суммарной
деформации (ф. 596/8; 598/5, 6).
Неоднородность холодной деформации может быть также
обусловлена наличием твердых частиц (карбидов, включений),
которые оставляют углубления (ф. 598/4), или более твердых
скоплений, например, перлита в среднеуглеродистых сталях,
которые окружаются удлиненными ферритными зернами. Такие
неоднородности способствуют рекристаллизации (ф. 605/3 и
606/2).
Тот факт, что после полировки и травления все же обнару¬
живаются линии скольжения, указывает на то, что они иска¬
жают кристаллическую решетку феррита. Это отражает явление
наклепа, т. е. увеличение сопротивления деформации с увели¬
чением степени деформации.
Микрофотографии 596—598 иллюстрируют все эти явления,
протекающие во время постепенной холодной деформации листа,
когда толщина его уменьшилась от 2,35 до 0,055 мм, т. е. при-
близительно в 40 раз (е = 98%). При таких больших степенях
обжатия продольное сечение имеет слабо выраженную волок¬
нистую структуру, а структура поперечного сечения совсем
не разрешается в оптическом микроскопе. При постепенном
увеличении степени холодной деформации форма ферритных
зерен изменяется от равноосной (ф. 596/1) до веретенообразной
(ф. 596/7, е = 65%), а затем до нитевидной (ф. 597/5, е = 93%).
Это изменение формы ферритных зерен можно видеть только
Рис. 64. Поворот плоско¬
стей скольжения во время
деформации монокристалла
после 20%-ной холодной деформации (ф. 596/3), но линии сколь¬
жения, если на них при повторном нагреве образуются очень
мелкие выделения, наблюдаются несколько раньше — прибли¬
зительно при 12%-ной деформации. При более низких степенях
обжатия изменение металлографической структуры не проис¬
ходит, за исключением тех случаев, когда проводится отжиг
при 700° С, которому соответствует значение критической сте¬
пени деформации между 5 и 10% (ф. 612) и можно наблюдать
рост зерен или, по крайней мере, перемещение некоторых гра¬
ниц зерен (ф. 606/4 и 611/4). Отжиг может также выявить изме¬
нение плотности дислокаций в пределах данного ферритного
зерна (ф. 606/6 и 610/7). Очень слабые следы холодной дефор¬
мации обнаруживаются также при исследовании трещин в це¬
ментите (см. настоящую главу, с. 37).
Линии скольжения
Пластическое течение в металлах происходит, когда на
некоторых плоскостях решетки превышается сопротивление
сдвигу. В таком случае скольжение протекает по этим плоскостям
в направлении наиболее плотной упаковки атомов. В феррите
это направление является диагональю куба (111). При комнат¬
ной температуре скольжение в феррите наиболее часто происхо¬
дит по плоскостям (123) и во вторую очередь по плоскостям
(ПО) и (112). При более низких температурах скольжение по
двум последним плоскостям затрудняется (увеличивается твер¬
дость и хрупкость) до такой степени, что основным становится
другой механизм деформации, а именно, двойникование (см.
настоящую главу, с. 37). Многообразие возможностей деформа¬
ции феррита означает, что в пределах зерна линии скольжения
редко бывают прямолинейными в противоположность деформи¬
рованному аустениту (ф. 644/6). Ферритные зерна покрываются
более или менее изогнутыми линиями, идущими по одному или
нескольким средним направлениям (ф. 599/6). Если новая си¬
стема линий скольжения пересекает образовавшуюся ранее,
то величину скольжения можно определить по сдвигу линий,
возникших первыми (ф. 599/4).
Ориентация некоторых систем линий скольжения относи¬
тельно фигур травления позволяет определить ориентацию
самих ферритных зерен (ф. 599). Однако в феррите это сделать
труднее, чем в гранецентрированных кубических металлах
(например, в алюминии [77J и в меди [78]). Химическим окра¬
шиванием ферритных зерен (ф. 614/1—3) можно получить общее
представление об их ориентации (изотропная или анизотропная
структура) (ф. 644/2).
Деформация цементита
Цементит является хрупким карбидом и в нем легко обра¬
зуются трещины, особенно если его частицы имеют продолго¬
ватую форму. Это справедливо независимо от того, является ли
цементит вторичным (образовавшимся вдоль линии Acm), эвтекто-
идным (пластинки в перлите) или третичным (прослойки на гра¬
ницах ферритных зерен). В сфероидизированном состоянии це¬
ментит имеет форму эллипсоидов или сфер (ф. 379/1, т. II) раз¬
личного размера и значительно менее хрупок (см. настоящую
главу, с. 44).
Трещины отчетливо видны в толстой сетке вторичного це¬
ментита, где они чаще всего располагаются поперек (ф. 600/1)
и реже вдоль (ф. 600/2) пластинок. При больших степенях де¬
формации раздробленные цементитные частицы разделяются
(ф. 600/7), и эти микротрещины в макроскопическом масштабе
1342
ответственны за уменьшение плотности* холоднодеформирован-
ных сталей. Если расстояние между раздробленными цемеи-
титными частицами становится достаточно большим, то полости
могут заполниться более мягкой фазой, например, ферритом
(ф. 601/1). При последующей рекристаллизации трещины могут
завариваться (ф. 606/2). Трещины закрываются при окислении,
например, когда они выходят на поверхность и окисел, обра¬
зующийся в них, затем восстанавливается при взаимодействии
с углеродом соседних цементитных частиц. Микрофотография
601/5 иллюстрирует залечивание микротрещин в результате-
распада окисла — здесь окисленные трещины заполнены фер¬
ритом.
При уменьшении толщины цементитные частицы становятся
менее хрупкими и могут изогнуться, не образуя трещин (ф. 601/1).
Если пластинки в перлите ориентированы в направлении сжа¬
тия, то их изгиб напоминает двойникование. На микрофотогра¬
фии 600/3 показаны две такие полосы, в которых цементитные
пластинки изогнуты или раздроблены, а на ферритных пластин¬
ках в местах изгиба видны следы холодной пластической де¬
формации.
Если пластинки эвтектоидного цементита или прослойки
третичного цементита раздроблены, то при отжиге ниже точки A1
они коагулируют быстрее. На микрофотографии 601/6 показана
весьма локализованная коагуляция на участке, где цементитные
пластинки раздроблены. Эта склонность к быстрой сфероидиза-
ции может быть успешно использована в среднеуглеродистых
(ф. 611/6) или высокоуглеродистых сталях и даже в очень мало¬
углеродистых сталях для глубокой вытяжки, где прослойки
третичного цементита представляют опасность. В последнем
случае третичный цементит, который был раздроблен прокаткой,
легко коагулирует во время отжига в колпаковой печи при тем¬
пературах ниже точки A1 (ф. 617/5, 6).
Двойникование
В ферритных кристаллах скольжение не является един¬
ственным способом деформации. На механизм деформации влияют
перемещение и перестройка дислокаций, а эти процессы зависят
от времени. При высоких скоростях или при низких темпера¬
турах деформации скольжение затрудняется и в действие, всту¬
пает другой процесс деформации, протекающий с большей ско¬
ростью, а именно двойникование (рис. 65).
Обычно различают двойники двух типов в зависимости
от их происхождения. Первый тип — это двойник роста, или
Рис. 65. Схематическое пред¬
ставление механизма двоЛ-
никования:
G — исходное зерно;
M —двойник
двойник отжига, который является довольно толстым и полу¬
чается при отжиге металлов с кубической гранецентрированной
решеткой (ф. 136/2; 138/6, т I; 643/2 и 644/6) или углеродистых
сталей (ф. 641/5 и 642/5). Двойники второго типа механические
(полосы Неймана) — обнаруживаются в феррите и образуются
во время холодной деформации (но без ступенек, имеющихся
у двойников отжига). Они значительно тоньше, чем двойники
первого типа, и обычно заканчиваются в виде острия на границах
ферритных зерен (ф. 439/3, т. II и 638/5).
Механические двойники имеются не только в чистом железе,
деформированном при низких температурах (например, в жидком
азоте), но и в промышленных сталях, деформированных при
комнатной температуре. При этой температуре двойники обра¬
зуются легко, если размер зерна велик (диаметр приблизительно
0,1 мм) и скорость деформации высока (например, 1 м!сек).
На поверхностях, отполированных перед динамической дефор¬
мацией, они, подобно линиям скольжения, образуют неровности,
которые можно увидеть невооруженным глазом. Если полировка
и металлографическое травление проводятся после деформации,
то двойники имеют вид тонких следов, так как они представляют
собой границы между двумя частями феррита различной кри¬
сталлографической ориентации.
37
В любом ферритном зерне двойники имеют определенную
ориентацию (ф. 602/1). При больших увеличениях можно видеть
их сложное очертание (ф. 602/1) [79). Развитие новых двойни¬
ков может быть блокировано другими двойниками, образовав¬
шимися ранее в том же зерне (ф. 602/4), или границей зерна
(ф. 602/7), но они будут пересекать границы субзерен (на микро¬
фотографии 602/5 одна граница субзерна имеет двойной изгиб).
Если деформация достаточно велика, то двойник пересекает
препятствие. В тех случаях, когда существует ранее образовав¬
шийся двойник, новый двойник пересекает его без изменения
направления (ф. 602/4). При пересечении границы зерна (ф. 602/6)
он следует направлению, согласующемуся с ориентацией со¬
седнего зерна.
Довольно хорошо иллюстрирует эти наблюдения микро¬
фотография 602/7: когда двойники пересекают границу субзерна
или другой двойник, они не изменяют направления, но при пере¬
сечении границы зерна их направление меняется.
Рис. 66. Перемещение атомов в объемиоцентрированных кубических
(о. ц. к.) и гранецентрированных кубических (г. ц. к.) кристаллах
Обычной плоскостью двойникования является плоскость
{112}, а направлением двойникования— (Ill) (рис. 66).
На микрофотографиях 603 показаны относительные ориентации
двойников и зерен, причем ориентации зерен видны благодаря
ямкам травления и окрашиванию. На металлографическом
шлифе двойникованные области в пределах узкой полосы могут
иметь ориентацию, которая либо сильно отличается от ориен¬
тации исходного зерна, либо может быть очень близкой к ней
или даже идентичной. Эти различия в окрашивании можно ви¬
деть в одном и том же зерне, как например, на микрофотографии
603/3. Для данной плоскости сечения двойник и исходное зерно
могут иметь одну и ту же ориентацию (см. рис. 64). При комнат¬
ной температуре в пределах одного и того же ферритного зерна
получаются и двойники при динамической деформации, и линии
скольжения при статической деформации. Примером может
служить микрофотография 603/6, на которой, помимо двойни¬
ков, видны искривленные линии скольжения вблизи границы
зерна. Двойниковые полосы редко имеют достаточную толщину,
чтобы внутри них появились заметные фигуры травления
(ф. 603/4 и 614/6).
Сами двойники также искривляются, если последующая
деформация достаточно велика (ф. 603/4); это означает, что ме¬
талл после двойникования остается пластичным. Двойники воз¬
никают в пластичном феррите при тех условиях деформации,
которые делают металл хрупким (высокая скорость и низкая
температура деформации, а также большой размер зерна).
Примером сочетания этих условий является звено цепи (ф. 614/4),
где только крупные зерна содержат двойники (оказывается
в крупных зернах меньше фосфора, чем в мелких). В то же время
феррит может быть хрупким по природе и легко давать двой¬
ники при статической деформации, как например, феррит крем¬
нистой стали (ф. 603/4 и 614/5).
3. РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Если деформированную в холодном состоянии промышлен¬
ную сталь нагревают при все более высокой температуре, то
в ней происходят структурные изменения, изменяющие ее свой¬
ства:
1. В результате выдержки мягкой стали при температурах,
близких к комнатной, изменяется распределение атмосфер
Коттрелла и появляется вновь нижний предел текучести, сопро¬
вождаемый линиями скольжения (см. настоящую главу, с. 37).
Это диффузионное явление можно задержать, если хранить
38
лист для глубокой вытяжки при низких температурах — по¬
рядка 0° С.
2. При температурах между 50 и 400° C в стали выделяются
карбиды и нитриды, которые влияют на ее механические свой¬
ства (при ударных испытаниях применяют искусственное ста¬
рение после холодной пластической деформации). Эти выделе-
ления декорируют стенки дислокаций (ф. 606/6).
3. При температурах около 480° C микроструктура, видимая
в оптическом микроскопе, не изменяется, но твердость начинает
падать и в то же время начинают изменяться другие физические
свойства; это — стадия возврата.
4. Приблизительно при 500° C в слабодеформированных
зернах видна сетка субграниц; это—явление полигонизации.
5. При повышении температуры на несколько градусов
появляются очень мелкие новые зерна и начинают расти; это —
рекристаллизация.
6. При более высоких температурах (например, 700° С)
и более продолжительном отжиге рекристаллизованные зерна
растут, причем этот рост тем интенсивнее, чем меньше размер
зерна после рекристаллизации.
7. При длительных выдержках ниже точки A1 происходит
сфероидизация цементита.
8. При температурах выше точки A 1 протекает образование
новых кристаллов, а именно, аустенитных зерен, и одновременно
растворение цементита.
9. Выше точки A3 аустенит является мелкозернистым. Эти
зерна могут затем расти как после деформации при высокой
температуре (см. гл. 16), так и без деформации. Этот рост может
быть правильным или беспорядочным и сопровождается даль¬
нейшим изменением распределения и формы выделений. Он
продолжается вплоть до температур перегрева, при которых
сильно вырастают у-зерна.
Специальные стали, не имеющие полиморфного превраще¬
ния, например, хромистые или кремнистые ферритные, никеле¬
вые или марганцовистые аустенитные, всегда состоят из ст¬
или у-фазы. В этих сталях также происходит последовательный
рост зерен. Измельчить же зерна можно только повторной хо¬
лодной деформацией. Следует отметить, что иногда бывает же¬
лательно иметь в стали крупное зерно, например, в специальных
сталях с повышенной стойкостью против ползучести или в крем¬
нистых трансформаторных сталях.
Полигонизация
Возврат является процессом восстановления механических
и физических свойств наклепанного металла. Твердость феррита
начинает падать при 400° C (рис. 67), но только в конце этого
процесса внутри исходного зерна появляются субзерна, указы¬
вающие на полигонизацию. Эта полигонизация хорошо выяв¬
ляется после холодной деформации с небольшими степенями
обжатия. При больших степенях деформации появляются новые
TennepamypooC
Рис. 67. Возврат механических
и физических свойств при на¬
греве сильно наклепанного же¬
леза:
H — твердость; р — электри¬
ческое сопротивление
зерна со значительно меньшим искажением решетки, чем в на¬
клепанных зернах — это явление рекристаллизации. Указан¬
ные три процесса — возврат, полигонизацию и рекристаллиза¬
цию — часто трудно различить, так как их температурные
области частично перекрываются.
При очень низких степенях холодной пластической деформа¬
ции может также происходить вынужденная миграция границ
зерен [80], как например, в железе, легированном кремнием
[81 ]; граница перемещается от зерна с низкой плотностью дисло¬
каций к соседнему зерну с более высокой плотностью дислокаций.
Даже при совсем низких степенях холодной деформации,
порядка нескольких процентов, ферритные зерна содержат
линии скольжения, которые сопровождаются искажениями
и изгибами решетки. При повышении температуры некоторые
из дислокаций уничтожаются, а оставшиеся выстраиваются
в дислокационные стенки, образуя границы субзерен (или бло¬
ков), которые теперь искажены в меньшей степени, чем перво¬
начально. В масштабе нескольких элементарных ячеек это
явление может быть представлено как искривление решетки,
которая полигонизуется при повторном нагреве (рис. 68). Эти
субзерна близки к равновесному и противостоят поглощению
рекристаллизованными зернами (ф. 611/1). Однако некоторые
субзерна могут поглотить своих соседей путем рекристаллизации
in situ j.
Рис. 68. Искажение кристалла п результате холодной деформации (а)
и выстраивание дислокаций в стенки вследствие полигониэации (6)
Полигонизацию можно обнаружить с помощью рентгено¬
грамм: в холоднодеформированном металле линии Дебая—
IIIeppepa широкие из-за фрагментации и изгиба кристалличе¬
ской решетки, а пятна Лауэ имеют заметный астеризм. Линии
Дебая—UIeppepa полигонизованного металла становятся не¬
сколько тоньше, а пятна астеризма разбиваются на более мелкие.
Оптическая микроскопия позволяет наблюдать лишь до¬
вольно развитую стадию возврата, т. е. после образования
дислокационных рядов (ф. 604/6; 606/6; 607/3). Последующая
полигонизация придает ферритным зернам вид пчелиных сот
(ф. 610/7 и 611/1). Полигонизованные зерна препятствуют рек¬
ристаллизации и образуют островки внутри рекристаллизован-
ных зерен (ф. 611/2).
Собственно рекристаллизация
Характерные особенности. После достаточ¬
ной степени холодной деформации данное зерно металла под¬
разделяется на небольшие области (блоки мозаики), в которых
решетка более или менее искажена и которые в некоторой сте¬
пени разориентированы одна относительно другой (рис. 69).
Накопленная энергия холодной пластической деформации очень
высока. При нагреве такой структуры появляются центры рекри¬
сталлизации и эти центры растут, т. е. атомы в окружающих
блоках образуют решетку, подобную кристаллической решетке
зародыша. Энергия холодной пластической деформации умень¬
шается, о чем свидетельствует легкое окрашивание рекристал-
лизованных ферритных зерен на микрофотографиях 605. Такие
зародыши образуются вблизи наиболее сильно искаженных уча¬
стков холоднодеформированного феррита, например, вдоль
некоторых линий скольжения (ф. 605/1) либо около включений
или раздробленного третичного цементита (ф. 605/2 и 606/2).
Эти зародыши, по-видимому, являются участками накле¬
панного металла, которые менее искажены, чем соседние области,
подобно слабодеформированным участкам ферритных зерен
(ф. 598/5, 6), хотя в значительно меньшем масштабе. Этот ме¬
ханизм помог объяснить связь текстур деформации и рекристал¬
лизации. Дальнейшее изменение накопленной в зернах энергии
холодной пластической деформации представлено на рис. 70,
1 В месте нахождения (Прим, перев.).
где наклепанные кристаллы разделены на небольшие кристаллы
с различными степенями упругой деформации. Кристаллы имеют
высокий уровень упругой энергии, различной для разных бло¬
ков, и между ними находятся сильно искаженные области (см.
рис. 67), которым соответствуют пики энергии. При повторном
нагреве кристаллы а и b (см. рис. 70), являющиеся наименее
искаженными, захватывают своих соседей: это является началом
рекристаллизации.
При повышении температуры средний энергетический уро¬
вень этих рекристаллизованных зерен может понижаться, но
более медленно. Этому случаю соответствует обычный рост зе¬
рен, который ведет к очень низкому уровню энергии (кривая S).
Эта последняя стадия наблюдается прежде всего в однофазных
сталях или в аустените конструкционных сталей выше точки Л3.
При этих температурах мелкие выделения замедляют миграцию
границ зерен.
Если феррит слегка наклепанных мягких сталей содержит
двойники или линии скольжения, то обычная рекристаллизация
может протекать в наиболее деформированных участках, напри¬
мер, около включений или раздробленных частиц цементита
(ф. 606/1, 2), или на концах двойников (ф. 606/5). Может про¬
исходить также перемещение границ зерен, которое следует
отнести к вынужденной миграции; в этом случае двойники не
имеют острых концов, но их продолжением являются границы
Рис. 70. Энергетическое состояние кристаллической решетки н масштабе
блоков мозаики (по Бюргерсу):
— после холодной пластической деформации; —— — — —
после рекристаллизации
зерен; это свидетельствует о том, что две части исходного зерна
на каждой стороне двойника больше не имеют одинаковой ориен¬
тации (ф. 606/3, 4). Если случайно двойник имеет ту же ориен¬
тацию, что и соседнее зерно, то на конце двойника идет локаль¬
ная перестройка границ (ф. 607/7).
Миграция границ рекристаллизованных зерен направлена
к центрам кривизны. Это означает, что оставшаяся наклепанная
часть ограничивается вогнутыми поверхностями (А. 606/6),
наподобие эвтектических структур в чугунах (ф. 196/2/ т. I),
сульфидных (ф. 547/7) или карбидных (ф. 565/7) эвтектик или
пористостей (ф. 547/3).
Размер зерна. Рекристаллизация заканчивается,
когда зародыши вырастают до взаимного соприкосновения.
Размер рекристаллизованного зерна является, таким образом,
функцией числа зародышей, которое увеличивается с повыше¬
нием степени холодной пластической деформации. Кроме того,
зародыши являются тем более активными, чем больше степень
холодной пластической деформации. Это означает, что рекри¬
сталлизация может начаться при различных температурах.
В случае больших степеней холодной пластической деформации,
например, выше 50% рекристаллизация начинается приблизи¬
тельно при 500° С. При небольших степенях холодной дефор¬
мации (от 15 до 20%) искажения невелики и в промышленных
мягких сталях рекристаллизация начинается только при 650° С.
Для некоторых величин холодной пластической деформа¬
ции (порядка 10% и менее), когда исходные зерна очень мелкие,
число зародышей рекристаллизации очень мало, а получаются
зерна очень больших размеров. Ниже этой критической степени
холодной деформации (критической деформации) рекристалли¬
зация больше не протекает даже при температурах выше 700° С;
на микрофотографиях 608/1 и 610/2 критическая деформация
расположена на границе между крупными и мелкими наклепан¬
ными и полигонизованными зернами.
Таким образом, в зависимости от степени холодной дефор¬
мации и температуры рекристаллизованные зерна имеют различ¬
ные размеры (рис. 71). Рис. 69 может быть проиллюстрирован
образцами, которые были подвергнуты различной степени хо¬
лодной деформации и затем отожжены при 700° C (ф. 690/5, 6;
39
610/1). Следует отметить, что в этих образцах промышленной
стали, так же как и других сплавов, граница между крупными
и мелкими зернами всегда находится около края с наименьшей
степенью холодной деформации, тогда как размер зерна посте¬
пенно уменьшается в сторону наибольших степеней деформации.
Видно также, что критическая деформация тем выше, чем ниже
температура отжига (ф. 609/1, 4). Крупные рекристаллизованные
зерна останавливаются у строя мелких полигоиизованных зерен,
которые противостоят поглощению (ф. 611/1, 2).
Отжиг при температуре выше точки A1 не разрушает круп¬
ных зерен, несмотря на наличие зерен аустенита (ф. 608/1).
Если доля аустенита невелика-, то после охлаждения видны
только небольшие зерна «нового» феррита, которые соответствуют
ранее существовавшему аустениту и обособлены в крупных
зернах «старого» феррита или расположены на границах зерен
(островки феррита). На микрофотографии 611/2 показано поле
'200
0 tθ 20 JO L>0 50 60 70
Степень деформации, %
Рис. 71. Диаграмма рекристаллизации железа (по Ханнеманну)
с полигонизованным «старым» ферритом, рекристаллизованным
«старым» ферритом и «новым» ферритом, содержащим участок
перлита, образованного во время охлаждения из соответству¬
ющего участка аустенита. Если содержание аустенита после
отжига велико (например, 70%), то островки «старого» феррита,
еще не растворившиеся при температуре отжига, имеют вогну¬
тую многоугольную форму (ф. 644/5), аналогичную форме обла¬
стей наклепанного феррита, оставшегося во время рекристалли¬
зации (ф. 605/6). При охлаждении ориентации решеток «старого»
и «нового» феррита совпадают.
Так как это явление эпитаксии повторяется во всей смешан¬
ной структуре из а- и у-зерен, новые кристаллы принимают ту
же форму, что и старые, и, в частности, крупные зерна, появив¬
шиеся в зоне критической деформации во время повторного
нагрева, при охлаждении возникают снова. Поэтому для по¬
давления образования крупных зерен, соответствующих крити¬
ческой деформации, необходим нормализационный отжиг
(ф. 608/1), так же как для подавления выделений в полигони-
зованных зернах, которые ниже АСз все же имеют следы линий
скольжения (ф. 608/2).
Миграция границ зерен, являющаяся основным механизмом
рекристаллизации, может быть замедлена или даже остановлена
либо препятствиями относительно большого размера (цементит-
ными пластинками), либо очень мелкими выделениями (округ¬
лыми карбидами, сумбикроскопическими окислами и нитри¬
дами). Таким образом, рекристаллизация зависит от чистоты
стали (см. настоящую главу, с. 40). Если препятствие велико,
то рост зерен весьма ограничен. Например, в среднеуглероди¬
стых сталях наклепанный феррит рекристаллизуется ниже
точки A1; на микрофотографии 611/4 показана миграция границ
зерен, а на микрофотографии 611/6 видно, что рекристаллизация
закончена, но размер зерен ограничен расстоянием между сферо-
идизированным перлитом и островками мартенсита (ф. 641/6
и 644/8). Препятствия миграции зерен могут быть небольшими,
например, такими препятствиями являются сфероидизированные
карбиды в высокоуглеродистых сталях или субмикроскопические
выделения в феррите и аустените.
Следует отметить; что в стали данного состава и чистоты
после критической деформации зерна будут иметь определенный
40
максимальный размер, который, по-видимому, не увеличивается
при последующей холодной пластической деформации (ф. 611/3).
Кроме того, было показано [82 J, что очень чистое или очищен¬
ное техническое железо легко полигонизуется, тем самым пре¬
дотвращается последующая рекристаллизация.
Неравномерность рекристаллизации
В результате рекристаллизации могут образоваться зерна
различного размера и формы. Это может быть обусловлено раз¬
личием в температурах отжига. Например, когда листы угле¬
родистой, легированной или нержавеющей стали, упрочненные
холодной прокаткой, затем сваривают друг с другом, происходит
рекристаллизация основного металла в соответствии с темпера¬
турой и продолжительностью процесса сварки.
Другое объяснение можно искать в неравномерности холод¬
ной деформации в масштабе обрабатываемого изделия (см. на¬
стоящую главу, с. 30). Например, в плоскости или в попереч¬
ном сечении отпечатка, полученного при измерении твердости
мягкой стали, после рекристаллизационного отжига получается
ряд зерен различных размеров; это происходит также в образ¬
цах для испытания на растяжение (ф. 609/5, 6) или сжатие
(ф. 611/3). В промышленной практике во время изгиба или глу¬
бокой вытяжки холодная пластическая деформация весьма
неоднородна не только по длине и ширине листа, но и по его
толщине. Например, при простом изгибе листа из мягкой стали
получаются зерна, которые удлинены перпендикулярно листу
во внутреннем сжатом угле и параллельно листу в наружном
растянутом угле (ф. 613/1). После отжига при 700° C эти две
зоны мелкозернисты, а средняя зона крупнозерниста (ф. 613/2).
Если во время изгиба к полкам уголка прикладываются сжима¬
ющие напряжения, чтобы образовался более острый угол, то
наружный угол претерпевает очень небольшую деформацию
(ф. 612/5, после отжига). Если напряжения велики, то лист сжат
по всей толщине с максимальной деформацией на внутренней
стороне угла, где зерна сильно вытянуты (ф. 612/7); после отжига
получаются мелкие зерна по всей толщине (ф. 612/6). Эта сильно
деформированная область; кроме того, в результате деформации
она имеет волокнистую структуру и в ней могут образоваться
трещины, когда удаляется штамп.
Еще одной причиной неоднородности размера зерен может
быть наличие ликваций, особенно макроликваций (ф. 611/1)
и выделений, являющихся результатом производства (ф. 613/1),
или поверхностных изменений, происшедших во время отжига,
например, обезуглероживания или даже окисления (ф. 621 и 622).
В листе из кипящей стали поверхностный слой чище, чем
середина, и после холодной деформации и отжига крупные зерна
обнаруживаются на поверхности, а мелкие в середине. Эта
разница в размере зерен особенно заметна после низких и сред¬
них степеней холодной деформации. Она заметна даже в кипя¬
щих слитках, которые были раскислены в изложнице алюми¬
нием. Если эти слитки прокатывают на лист или фасонный про¬
филь, а затем подвергают пластической деформации в холодном
состоянии и отжигают при 700° C (ф. 613/3), то на поверхности
металла видна та же последовательность размеров зерен, что
и на микрофотографии 610/1. В центре слитка это явление менее
ясно выражено, размер зерна меньше и для одного и того же
времени отжига интервал критических деформаций смещается
к более высоким степеням деформации. Таким образом, ликва-
ционная зона рекристаллизуется труднее, чем чистая. Внутри
ликвационной зоны участки с максимальной ликвацией соответ¬
ствуют месту стыка краевой зоны с сердцевиной слитка и в них
зерна полигонизованы (ф. 613/5) и имеют многочисленные вклю¬
чения окислов алюминия (613/7), тогда как соседний металл рек-
ристаллизован. Другс.ч пример влияния ликвации приведен
на микрофотографии 608/3, где после отжига середина листа
содержит более мелкие зерна (ф. 608/4) и более многочисленные
выделения в нерекристаллизованной зоне (здесь имеются линии
скольжения, ф. 608/5), чем поверхность.
После рекристаллизационного отжига размеры зерен могут
быть различны также в пределах толщины листа из очень мало¬
углеродистой стали, прокатанной в горячем состоянии при тем¬
пературах вблизи точки A3. Это может быть результатом раз¬
ницы в температуре или содержании углерода по толщине листа
(см. гл. 16, с. 45).
4. ХОЛОДНОКАТАНЫЙ ЛИСТ
Холодную прокатку применяют либо в качестве операции
формообразования для получения необходимых допусков по
толщиие ⅛, хорошей поверхности листа, либо в качестве способа
изменения механических и магнитных свойств листового ма¬
териала.
В промышленной практике приходится иметь дело с теми же
явлениями наклепа и рекристаллизации, которые были описаны
выше. Для среднеуглеродистых и высокоуглеродистых сталей,
менее пластичных, чем малоуглеродистые стали, холодную пла¬
стическую деформацию обычно прерывают отжигом. Последняя
операция определяет механические свойства листа. Листы,
предназначенные для последующих операций формовки, напри¬
мер, глубокой вытяжки или изгиба, отжигают, а листы из кон¬
струкционных сталей с высоким пределом текучести подвергают
окончательной пластической деформации в холодном состоянии.
Листы для глубокой вытяжки прокатывают в холодном
состоянии, и затем отжигают в печах различного типа. Пакеты
или рулоны отжигают в колпаковой печи, высокая тепловая
инерция которой требует длительного времени отжига. Полосу
отжигают в методической печи в течение очень короткого вре¬
мени.
Длительный отжиг
Для лабораторных исследований используют печи с темпе¬
ратурным градиентом [83], в которых точно могут быть воспро¬
изведены промышленные термические циклы колпаковых печей.
Умеренные степени холодной дефор¬
мации (65%). На микрофотографиях 615 показаны микро¬
структуры очень малоуглеродистых сталей двух марок (кипя¬
щей и спокойной), йрокатанных в холодном состоянии до 65%
обжатия по толщине и затем отожженных между 470 и 755° С.
Первый, или короткий цикл отжига состоит из нагрева до тем¬
пературы отжига за 3 ч выдержки при этой температуре в те¬
чение 1 ч, затем охлаждения в течение 36 ч. Второй, или длинный
Рис. 72. Изменение тиердости d процессе возврата и рекри¬
сталлизации листов, прокатанных в холодном состоянии
иа 65%:
I — кипящая сталь, короткий цикл; 2 — кипящая сталь,
длинный цикл; 3 — спокойная сталь, длинный цикл
цикл состоит из 20-ч нагрева до температуры отжига, 10-ч вы¬
держки при этой температуре и охлаждения в течение 40 ч.
При низких температурах наблюдается волокнистая структура
холодной деформации, затем с повышением температуры полу¬
чается мелкозернистая рекристаллизованная структура, а при
еще более высоких температурах образуются крупные зерна.
Как видно в микроскопе, чем больше продолжительность отжига
и ниже содержание легирующих элементов в стали (углерода,
алюминия и др.), тем ниже интервал температур полной рекри¬
сталлизации. Этот эффект можно наблюдать даже по толщине
листа из кипящей стали.
Кривая зависимости твердости от температуры отжига
(рис. 72) иллюстрирует весь процесс. Сначала твердость умень¬
шается постепенно, что соответствует периоду возврата меха¬
нических свойств стали, затем она резко падает и это характери¬
зует период полигонизации, образование зародышей (для ки¬
пящей стали 515° C в случае короткого цикла и 470° C в случае
длинного цикла (ф. 616/6) и рост рекристаллизованных зерен
(ф. 617/4). На микрофотографиях 616/5 и 617/2 показаны сме¬
шанные структуры, аналогичные структурам, показанным на
микрофотографии 605/4, с равноосными рекристаллизованными
зернами на фоне удлиненного и полигонизованного феррита.
На металлографическом шлифе образца, отобранного от боковой
кромки листа из кипящей стали, видно, что структура по тол¬
щине более или менее однородна (ф. 616/1), на шлифе из сере-
6 ЭДсталлография желез.', т. Щ
дины листа (ф. 617/1) заметно влияние макроликвации: крупные
рекристаллизованные зерна на поверхности и более мелкие
зерна в середине. По-видимому, по всей толщине этого листа
рекристаллизация начинается приблизительно при одной и той же
температуре. Начало плато на кривой твердости приблизительно
соответствует концу рекристаллизации, ему соответствуют мел¬
кие зерна. Затем зерна медленно растут (ф. 615) и твердость
между 600 и 720° C слегка падает.
При температуре отжига ниже A1 третичный цементит,
раздробленный холодной прокаткой, образует строчки коагули¬
рованных глобулей (ф. 617/5 и 618/5). При температурах выше √41
третичный цементит растворяется; он появляется вновь во
время охлаждения, на этот раз в виде удлиненных полос
(ф. 617/6 и 618/6). В то же время размер ферритных зерен уве¬
личивается.
В раскисленной алюминием очень низкоуглеродистой стали
(ф. 615/3; 618 и 619) зерна уже в начале рекристаллизации имеют
удлиненную форму (ф. 618/5). На микрофотографии 618/4 по¬
казаны удлиненные рекристаллизованные зерна феррита на
фоне наклепанного феррита при 515° С; росту зерен поперек
волокнистой структуры в направлении толщины листа препят¬
ствуют строчечные выделения нитрида алюминия [84] или, как
например, в медистых сталях, выделения фазы богатой медью
[85]. Эти удлиненные зерна образуются во время рекристалли-
зационного отжига; при повторном нагреве мелкие выделения
возникают вокруг наклепанных зерен; это позволяет предполо¬
жить, что нитрид алюминия до холодной прокатки был растворен
в феррите. Таким образом, введение алюминия позволяет полу¬
чить при отжиге удлиненные зерна, такая структура благо¬
приятна для некоторых операций глубокой вытяжки (см. на¬
стоящую главу, с. 42) и, кроме того, алюминий придает ме¬
таллу стойкость против старения. При более высокой темпе¬
ратуре отжига, например при 760° C (ф. 618/6), зерна растут,
оставаясь удлиненными, но растворившийся при этой темпера¬
туре глобулярный цементит вновь образуется на границах
зерен во время охлаждения.
Незначительная химическая неоднородность или высокие
степени холодной деформации на поверхности листа могут
вызвать неоднородную рекристаллизацию, которая исчезает
после полной рекристаллизации. На микрофотографиях 618/5, 8
показано развитие рекристаллизации от поверхности к середине
листа между 485 и 515° С.
Середина листа может все же иметь полосчатую структуру,
которая снова обнаруживается после рекристаллизации (ф. 619),
но исчезает, когда температура отжига достаточно высока
(ф. 619/6). Эта полосчатость усиливается при температурах
прокатки вблизи точки Л3, если ликвационные полосы являются
ферритными.
На микрофотографиях 625 показаны структуры листов из
очень низкоуглеролистой кипящей стали; эти листы были про¬
катаны в холодном состоянии на 60%, отожжены в промышлен¬
ной колпаковой печи и выдержаны при температурах отжига 3
и 35 ч. Разница в размере зерна между краем и серединой листа
более очевидна, когда температура отжига высока и время
выдержки велико.
Высокие степени холодной деформа¬
ции (80%). При высоких степенях холодной деформации обра¬
зуются более мелкие рекристаллизованные зерна, и сталь обла¬
дает большей твердостью (рис. 73) и более высоким пределом
текучести; температура начала рекристаллизации в этом слу¬
чае ниже. При температурах выше 700° C и достаточной продол¬
жительности отжига получаются более крупные зерна, чем
когда применяются небольшие степени деформации [86].
На микрофотографиях 630 представлено несколько струк¬
тур листа из кипящей стали, прокатанной в холодном состоянии
на 80% и затем отожженной в течение 10 ч между 470 и 755° С.
Сопоставление этих структур показывает последовательность
рекристаллизации приблизительно до 515° C и рост зерен, про¬
текающий при температурах выше 690° С. Зерна на поверхности
этого листа заметно больше при любой температуре рекристал¬
лизации, например при 515° C (ф. 620/5).
Низкие степени холодной деформа¬
ции (от 0 до 40%). На микрофотографиях 621 показаны струк¬
туры листов, прокатанных со степенями обжатия от 2 до 46%
и отожженных при температурах достаточно высоких, чтобы
произошла рекристаллизация (см. настоящую главу, с. 39).
Только после 2% холодной деформации лист остался нерекри-
сталлизованным даже при 750° С. При этом небольшом увели¬
чении нельзя увидеть полигонизацию.
Зерна очень большого размера получаются, когда крити¬
ческая степень холодной деформации (критическая деформация)
равна 5% для отжига при 75(Г Си 10% для отжига при 700° С.
41
При более высоких степенях холодной деформации рекристал-
лизованные зерна мельче. На микрофотографии 622/4 показан
рост крупных зерен после 10% холодной деформации с после¬
дующим отжигом при температурах между 410 и 680° С. При
680° C диаметр зерен достигает толщины листа; эти крупные
JennepamypaloC
Рис. 73. Изменение твердости и размера зерна по ASTM в середине (с)
и на IioiicpxitocTH (р) листа из кипящей стали, прокатанной в холодном
состоянии на 80% и отожженной
зерна содержат небольшие изолированные полигонизованные
зерна (ср. ф. 611/2) и отделены от поверхности листа тонкой
полосой очень мелких кристаллитов, на границах которых
имеются выделения окислов, предотвращающие миграцию гра¬
ниц зерен.
Кратковременный отжиг
Полученные выше результаты справедливы для продолжи¬
тельности отжига, которая больше 30 мин. Если отжиг прово¬
дится в течение длительного времени и при достаточно высокой
температуре, то за рекристаллизацией следует рост зерен до
6 балла по ASTM, в результате чего становятся минимальными
значения предела текучести и твердости (ниже 40 HRB)t а спо¬
собность металла к удлинению понижается.
Для получения жестких листов (т. е. с высоким пределом
текучести) достаточен кратковременный отжиг общей продол¬
жительностью приблизительно в 1 мин. Так как полигонизация,
рекристаллизация и рост зерна не протекают мгновенно, оче¬
видно, что этот кратковременный отжиг требует более высоких
температур; размер рекристаллизованных зерен при этом меньше
и твердость падает между 600 и 700° С.
На микрофотографиях 623/1 и 624/1, полученных с помощью
оптического микроскопа, показано начало рекристаллизации
для двух циклов кратковременного отжига: одного — медлен¬
ного прохождения через методическую печь пои 537° C и дру¬
гого— более быстрого прохождения при 6118 С. В этих слу¬
чаях рекристаллизация заканчивается приблизительно при
590° C (ф. 623/4) и 680υ C (ф. 624/3, 4) соответственно. Как и
на микрофотографии 619/1, сердцевина листа имеет очень мелкую
полосчатую структуру, которая не исчезает при этих темпера¬
турах. Если температура выше A1, то после отжига углерод
скапливается в виде перлита; эти перлитные островки с ободком
«нового» феррита представляют собой у-зерна, образованные
в интервале Acl-Ac3 (ф. 624/8, 7). При этих повышенных тем¬
пературах ферритное зерно может все же расти, если доля аусте¬
нита невелика.
Лист из стали
с очень низким содержанием углерода
В некоторых случаях, например для получения нестареющих
листов с хорошим качеством поверхности или листов для эма¬
лирования, используют стали с низким содержанием металлоидов
(в частности, углерода и азота). Эти стали получают либо глу¬
боким обезуглероживанием в твердом состоянии, либо специаль¬
ными методами выплавки.
Промышленным методом обезуглероживания и денитриро¬
вания стали приблизительно до 0,001% ChN является отжиг
полосового материала в открытых рулонах в колпаковой печи
в течение нескольких часов при температуре 700—720° C в атмо¬
сфере водорода.
42
При таких низких содержаниях углерода и азота исчезают
нижний порог текучести и линии скольжения, лист практически
не стареет и имеет очень низкий предел текучести.
Специальными методами выплавляют очень низкоуглероди¬
стые стали, например армко-железо. Макроструктура горяче¬
катаного армко-железа показана на микрофотографиях 626/1, 7,
нормализованного — на микрофотографии 626/4 и холодно¬
катаного — на микрофотографиях 626/5, 8.
В сталях, содержащих очень небольшие количества углерода
и легирующих элементов, при рекристаллизации в критической
области деформаций могут образоваться очень крупные зерна.
В противоположность этому следует напомнить, что при очень
высокой чистоте металла рекристаллизация, которая требует
некоторого минимального количества примесей, не протекает
(см. настоящую главу, с. 39).
Текстуры рекристаллизации
Анизотропия кубической элементарной ячейки железа
передается зерну. Это означает, что механические, физические
и химические свойства зерна зависят от кристаллографического
направления. На с. 37 описана анизотропия сопротивления
скольжения плоскостей решетки феррита, где направлением
скольжения является (Ill) и плоскостями скольжения (ПО),
(112) и (123). Химическая анизотропия зерен на микрофотогра¬
фиях 614 выявляется различным окрашиванием их и ямками
травления. Если бы все зерна в данном образце металла имели
одинаковую ориентацию, то они образовали бы совокупность
субзерен или даже один монокристалл, и анизотропия этой
совокупности была бы максимальна. Однако поликристалли-
ческий комплекс статистически изотропен, если зерна, из кото¬
рых он состоит, имеют всевозможные ориентации без какой-либо
предпочтительной; в таком случае говорят, что зерна разориен-
тированы. Между этими двумя крайними случаями возможны
различные степени предпочтительной ориентации, которая на¬
зывается кристаллографической ориентационной текстурой или
просто текстурой.
На различных стадиях изготовления детали образуются
различные текстуры, которые впоследствии могут измениться,
исчезнуть или усилиться. Существуют текстуры затвердевания,
прессования, горячей или холодной прокатки и электролитиче¬
ского осаждения. Степень симметрии текстуры меняется в за¬
висимости от способа ее получения; она может быть типа воло¬
чения или типа прокатки.
Ориентированные в результате деформации кристаллы имеют
общее направление, совпадающее с направлением оси волокна.
Волоченые проволоки из мягкой стали имеют текстуру (ПО),
причем это направление решетки служит осью волокна. Ориен¬
тированное затвердевание также создает текстуру, которая
сильно развита в столбчатой зоне стального слитка с осью во¬
локна (100), ориентированной в направлении оси слитка. Эта
ориентировка сохраняется, если сталь не имеет превращения,
например сталь, содержащая от 3 до 4% Si. На микрофотогра¬
фии 505/3 показаны трещины скола плоскостей (100), которые
свойственны столбчатым кристаллам и перпендикулярны их
главному направлению (100); на микрофотографии 614/6 пока¬
заны ориентационные зависимости в одном ферритном зерне
между трещинами скола, двойниками и фигурами травления,
а на микрофотографии 614/5 показана разориентировка феррит¬
ных зерен по отношению к оси волокна (100). Такую преиму¬
щественную ориентировку можно получить при затвердевании,
тогда после прокатки сталь имеет высокие магнитные свой¬
ства [87].
В прокатанном листе ориентировку зерен устанавливают
относительно плоскости и направления прокатки. Если рас¬
сматриваются только плоскости с наименьшими кристаллогра¬
фическими индексами, то сложную текстуру ферритного листа
можно определить исходя из трех преимущественных ориенти¬
ровок: текстуры (100) (ПО) (элементарный куб лежит на грани
и направление (ПО) является направлением прокатки), тек¬
стуры (ПО) (ПО) (куб на ребре) и текстуры (111) и (ПО) (куб
на вершине) (рис. 74). В холоднокатаном листе из очень низко¬
углеродистой стали основной ориентировкой является (100)
(ПО) с угловым рассеянием относительно направления про¬
катки, которое может переходить в ориентировки (112) (ПО)
или (111) (ПО); это значит, что ось (ПО) играет роль оси во¬
локна (рис. 75). Ориентировка (111) (112) появляется при высо¬
ких степенях холодной деформации. При поперечной прокатке
рассеяние относительно (ПО) исчезает и получается текстура
(100) (ПО). При повышении температуры прокатки ослабляются
все ориентировки кроме (ПО) (100). Низкая температура про¬
катки дает анизотропию в плоскости листа, которая затем усиди-
вается, когда лист сматывают при высокой температуре. Если
температура конца прокатки выше A3, то γ → а-превращение
дает лист без преимущественной ориентировки. Текстурой про¬
катки аустенита при высоких температурах является обычно
(ПО) <112), но она зависит от легирования.
Рис. 74. Простые текстуры феррита (а, Ь, с) после холодной прокатки
и в кремнистом феррите (a, d) после рекристаллизации
Текстура ферритных стальных листов после рекристалли¬
зации в целом аналогична текстуре холодной прокатки, но ось
<110) составляет с направлением прокатки угол 15°. Механизм
образования текстур рекристаллизации сложен. Принятая
в настоящее время теория основана на модели Бюргерса ориен¬
тированного образования зародышей, которая дает возможность
объяснить текстуру рекристаллизации, когда она совпадает
с одной из текстур деформации. Степень рекристаллизации зерен
определяют по уширениям линий Дебая—Шеррера (89]. Однако
миграция некоторых границ может изменить этот процесс (90 J.
В результате роста зерен, который следует за рекристаллиза¬
цией (вторичная рекристаллизация), могут возникнуть крупные
зерна с новой ориентировкой.
Рис. 75. Полюсная фигура плоскости (100) хо¬
лоднокатаного листа (степень обжатия 98%) (по
Курдюмову и Заксу):
Н. П. — направление прокатки; П. П. — напра¬
вление поперек прокатки
В промышленной практике иногда стремятся получить
изотропный лист из очень малоуглеродистой стали или, наобо¬
рот, сильно анизотропные листы из магнитных материалов.
Очень малоуглеродистые стали для
глубокой вытяжки. Они характеризуются стой¬
костью листов к утонению и анизтропией удлинения в плоскости
листа (91]. На практике эта анизотропия проявляется в обра¬
зовании фестонов при испытании на глубокую вытяжку в случае
текстуры (100) <110) (куб на грани) получаются четыре фестона
углом 45° к направлению прокатки, а в случае текстуры (ПО)
<100) (куб на ребре) — четыре фестона под углом 0 и 90° (92].
Текстура (111) <110) интересна тем, что она придает листам как
сильную стойкость против утонения при вытяжке, так и очень
незначительную склонность к образованию фестонов. Эта тек¬
стура может быть получена в сталях, стабилизированных алю¬
минием (отожженный лист с удлиненными зернами).
Образованию текстур способствует большое количество
факторов (91]. Механические и термические услония горячей
и холодной прокатки, а также термические и химические усло¬
вия отжига играют настолько большую роль, что получение
данной текстуры зависит от последовательности металлургиче¬
ских операций изготовления листа, включая технологию плавки
и разливки. Исследование этих факторов уже дало некоторые
интересные результаты. На листах из очень низкоуглеродистой
стали исследовали влияние температуры чистовой прокатки
и степени холодной пластической деформации на склонность
к образованию фестонов при глубокой вытяжке ((93], рис. 76),
а на листах из кремнистой стали реализуется в промышленных
условиях процесс получения ориентированных зерен.
Листы из кремнистой стали с ориен¬
тированными зернами. Наилучшие магнитные свой¬
ства получаются на крупнозернистом листе из стали с низким
содержанием легирующих элементов, предпочтительно однофаз¬
ной и с ориентацией ферритных зерен <100) в направлении
магнитного потока. Стали, содержащие от 3 до 4% Si, удовлетво¬
ряют всем этим условиям после соответствующих обработок.
Конечная текстура может быть либо кубической (100) <100),
либо текстурой Госса (ПО) <100).
Кубическая текстура дает минимальные потери на гистере¬
зис в продольном и поперечном направлениях. Текстура Госса
пока не нашла широкого промышленного применения. Эта
текстура показана на микрофотографиях 627/7 и 644/2, где
крупные ферритные зерна занимают всю толщину листа; ориен-
Puc. 76. Условия получения фестонов под углами 0—90°, 45° или
отсутствия фестонов при испытании на глубокую вытяжку очень мало¬
углеродистых кипящих (R) или спокойных (X) сталей в зависимости от
степени холодной деформации и температуры конца горячей прокатки
(по Уайтели)
тировка зерен выявляется макротравлением (ф. 628) или еще
лучше сочетанием цветного травления и фигур травления
(ф. 644/1, 4). На макрофотографиях 629 показано различие
в ориентировке в листах с неориентированными зернами (ф. 629/1)
и в листах с ориентированными зернами (ф. 629/3), ямки травле¬
ния различны в зависимости от того, разрезан ли лист вдоль
(ф. 629/3), поперек (ф. 629/4, 5) или в плоскости (ф. 630). Так как
преимущественная ориентировка не является совершенной, то
в ориентировках выявляются незначительные различия между
крупными зернами или между островками и ориентированной
матрицей (ф. 644/3, 4).
5. ХОЛОДНОТЯНУТАЯ ПРОВОЛОКА
Волочение, так же как и холодную прокатку, применяют
и для формоизменения и для того, чтобы придать стальной
проволоке определенные механические свойства. В проволоку
могут быть протянуты и легированные, и простые углеродистые,
и специальные стали, содержащие различные количества угле¬
рода. Металлографические структуры, получаемые после воло¬
чения и холодной прокатки, очень схожи. Однако после воло¬
чения удлиненные зерна остаются более или менее равноосными,
хотя и очень сложной формы и текстура включает ось волокна.
Холодная деформация в ферритных сталях действует в основ¬
ном на ферритную и цементитную фазы, а в аустенитных ста¬
лях — на аустенит, при этом возможно выделение новых фаз,
которые затем изменяют механические свойства металла.
Проволока из малоуглеродистой стали
Деформация ферритных зерен при волочении проволоки
подчиняется тем же основным законам, что и холодная прокатка;
удлиняются, принимая форму веретен (ф. 631/2). Перлитные
островки также удлиняются, хотя с большим трудом, чем фер¬
рит; если цементитные пластинки толстые, то они раздробляются,
43
то же происходит и с межкристаллическим третичным цементитом.
Волоченая проволока из мягкой стали обладает низкими меха¬
ническими свойствами. В наклепанном состоянии из нее изго¬
товляют гвозди или пружины. После отжига эти изделия можно
изгибать, в этом случае рекристаллизация феррита и сфероиди-
зация цементита подчиняется законам, указанным в следующем
разделе. Проволоку можно также закалить с 700° C или про¬
тянуть приблизительно при 200° С, чтобы путем старения уве¬
личить ее предел текучести.
Протягивание мягкой стали в проволоку облегчается нали¬
чием на ее поверхности слоя чистого металла (см. проволоку
из кипящей стали, ф. 631/1).
Отожженная проволока из кипящей или спокойной мягкой
стали имеет еще более низкий предел текучести. При растяже¬
нии проволоки по длине ее образуются небольшие шейки. При
изгибе тонкой проволоки получается не гладкая, а ломаная
кривая. Это явление может быть подавлено волочением с неболь¬
шими степенями обжатия. Для регулирования профиля и раз¬
меров прутков используют волочение через фасонные фильеры,
как и при производстве шестигранников и труб (см., например,
квадратные трубы на микрофотографиях 612).
Проволока из высокоуглеродистой стали
C увеличением содержания углерода при переходе от средне¬
углеродистых сталей к заэвтектоидным увеличивается и коли¬
чество перлита. Свойства изделия, полученного холодной про¬
каткой или волочением, зависят от количества цементита, его
формы и распределения.
Если исходная структура (горячекатаная проволока) неодно¬
родна, как в случае мягкой стали (островки перлита, разделен¬
ные зернами феррита), то структура холодной деформации также
будет неоднородной. Феррит удлинен в большей степени, чем
Рис. 77. Термические кривые, которые можно использовать в случае
патентиропаиия (/, 2) и регулируемого охлаждения после прокатки (J, 4
нанесенные на изотермические ( ) и термокииетические
— — кривые
островки перлита, и эта неоднородная структура сохраняется
после рекристаллизационного отжига приблизительно при
700° C (например, в листовом материале, ф. 611/5).
Проволока обладает однородной структурой в том случае,
если в исходном материале цементит распределен равномерно
либо после закалки и сфероидизирующего отжига, либо после
квазиизотермического превращения в очень тонкопластинчатый
перлит (троостит). На практике предварительно нагретая про¬
волока проходит через жидкую ванну, в которой происходит
быстрое охлаждение от температуры аустенизации до темпера¬
туры образования тонкопластинчатого перлита. Эта обработка
известна как патентирование; применяют ее или до первого
волочильного прохода между последовательными проходами,
когда проволока — сталь становится очень хрупкой, или после
последнего прохода для изменения механических свойств гото¬
вого изделия (ф. 632/1, 6). Пантентирование способствует воз¬
никновению очень тонких цементитных пластинок, которые
раздробляются, не образуя микротрещин (ф. 600/5) или дефор¬
мационных линий в пластинчатом перлите (ф. 632/7).
Горячекатаную проволоку патентируют при ее выходе из
проволочного станка, используя регулируемое быстрое охлаж¬
дение (рис, 77). Это может быть водяное охлаждение на линии
44
в сочетании с ускоренным воздушным охлаждением проволочных
бухт на конвейере. После такой обработки получается проволока,
структура которой близка к структуре патентированнои в свинце
проволоки. Эту проволоку можно волочить без разрыва до очень
малых диаметров. Доля окалины на 1 т проволоки очень мала.
Как и при холодной прокатке (ф. 626/8), раздробленные
включения удаляются во время волочения, оставляя полости
(ф. 631/7), которые в конце концов могут заполниться окружа¬
ющим металлом (ф. 632/8). Если в стали имеется очень много
твердых включений типа окиси алюминия или нитрида титана,
то они вызывают преждевременный износ волочильных досок.
В этом отношении кипящие стали, раскисленные алюминием,
представляют интерес из-за чистоты корки слитка.
Волочение можно применить так же, как средство для полу¬
чения профилей точных размеров из среднеуглеродистой стали.
Следует напомнить, что при легких проходах волочения и хо¬
лодной прокатки в профилях возникают большие напряжения,
которые иногда приводят к деформации высокоуглеродистых
сталей и образованию в них трещин.
Глава 16
ГОРЯЧАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Горячая деформация издавна применяется для формоизме¬
нения металлов и включает процессы ковки, корячей прокатки
и прессование. Полученные после горячей деформации струк¬
туры кажутся простыми, или естественными, но механизм их
образования чрезвычайно сложен, так как он приводит в дей¬
ствие одновременно почти все факторы, описанные в главах
12—15.
В качестве первого приближения можно считать, что го¬
рячая деформация аналогична холодной деформации с непосред¬
ственно следующей за ней рекристаллизацией. Опыт же пока¬
зывает, что при горячей деформации механизмы дробления исход¬
ных зерен, возврата, рекристаллизации и роста зерен те же, что
и при холодной деформации с последующим отжигом. Эги про¬
цессы, кроме того, усложняются диффузией легирующих эле¬
ментов в а- и у-фазе и выделением новых фаз, так как холодная
деформация может ускорять структурные и фазовые превраще¬
ния. Эти явления зависят и от времени, и от температуры. Го¬
рячая деформация дает возможность улучшить качество как
прокатанных или кованых полуфабрикатов, так и готовых
Рис. 78. Горячая деформация в однофазной и двухфаз¬
ной областях; ссылки на соответствующие главы этой
части:
1 — гл. 15. с. 36; 2 — гл. 16. с. 46; 3 — гл. 16,
с. 45; 4 — гл. 16, с. 44
изделий без дополнительной обработки. В последующем изложе¬
нии структуры, полученные при горячей деформации, класси¬
фицируются по температуре деформации, которая определяет
однофазное или двухфазное состояние стали (рис. 78).
1. ДЕФОРМАЦИЯ В ОДНОФАЗНОЙ ОБЛАСТИ
Кинетика деформации
Удобнее всего изучать горячую деформацию при высоко¬
температурных испытаниях на скручивание; результаты иссле¬
дования путем соответствующего корректирования степеней
деформации экстраполируют на случай прокатки [94]. Затем
этим методом можно даже имитировать последовательные де«
формации и периоды остановки при непрерывной прокатке и
таким образом установить температуры, скорости, величины
и интервалы различных проходов, необходимых для получения
желаемых структур (95].
Блэн и Poccap исследовали нержавеющие стали аустенитного
и ферритного класса и углеродистые стали и наглядно показали
влияние скорости и температуры деформации (ф. 633), степени
деформации (ф. 634), времени выдержки при температуре (вре¬
мени самоотпуска) и мгновенного изменения условий деформа¬
ции (ф. 635). Структуры, полученные после установления равно¬
весия, в первом приближении можно рассматривать как резуль-
Puc. 79. Кривая момента вращения — деформация (число
кручений) со ссылками на микрофотографии 634 (по Блейну
и Россарду)
тат равновесия между скоростью наклепа, или искажения зерен
и скоростью рекристаллизации. Таким образом, размер зерна
уменьшается с увеличением скорости деформации или с пони¬
жением температуры (ф. 633/4 и 8), с увеличением степени де¬
формации (ф. 634/5) и с уменьшением времени выдержки при
температуре после деформации (ф. 635/3 и 4). Кривая, показы¬
вающая изменение крутящего момента в зависимости от дефор¬
мации, приведена на рис. 79.
Деформация сталей горячим скручиванием в аустенитной
области дает аналогичные результаты. Если сталь имеет область
у → a-превращения, то наблюдение этих явлений усложняется
из-за появления a-структур, которые затрудняют выявление
границ у-зерен. На микрофотографиях 636 показаны размеры
зерен в очень низкоуглеродистой стали подвергнутой деформации
с различными скоростями и при различных температурах.
Деформация углеродистых сталей
в у-облаети
Здесь происходят те же явления, что и при холодной пла¬
стической деформации и отжиге феррита; меняется только кине¬
тика, например, критическая деформация, время рекристалли¬
зации, и т. д. Измельчение зерен в среднеуглеродистой стали при
возрастающих степенях деформации (от О до 95%) показано на
микрофотографиях 637/5 и 638/3. Область критической деформа¬
ции расположена приблизительно при 6%. На микрофотогра¬
фии 637/4 показан размер аустенитного зерна после деформации
на 40% при 850° C с последующей выдержкой при этой темпе¬
ратуре в течение 15 мин; мартенситный фон появился в резуль¬
тате последующей закалки в воде. Наклепанный аустенит рекри*
сталлизуется довольно быстро, так как рекристаллизация может
протекать, по крайней мере, частично, во время охлаждения
па воздухе после деформации; на микрофотографии 637/2 по¬
казана тонкопластинчатая ферритно-перлитная структура, обра¬
зованная из равноосной аустенитной структуры (см. также
ф. 641). Закалка в воде после деформации позволяет зафикси¬
ровать структуру на определенной стадии рекристаллизации
аустенита. На микрофотографии 637/6 показаны смешанные
структуры наклепанного и рекристаллизованного аустенита,
а также деформированные двойники, а на микрофотографии
637/7 — небольшие зерна в процессе роста. На микрофотогра¬
фиях 638/4 и 5 видны границы еще нестабилизированных аусте¬
нитных зерен.
На рекристаллизацию и рост зерен влияют выделения,
которые могут замедлить перемещение границ зерен.
Если деформация аустенита проводится в присутствии фер¬
рита, то конечная структура является более сложной (см. ниже),
Наследственность деформации
При комнатной температуре структура горячедеформиро-
ванных углеродистых и легированных сталей, обычно состоящая
из феррита и перлита, становится однородной и часто мелкозер¬
нистой.
Как правило, считают, что горячекатаное изделие после ох¬
лаждения на воздухе обладает улучшенной или нормализованной
структурой. Однако в некоторых случаях это улучшение только
кажущееся — при повторном нагреве структура изменяется и
могут вновь появиться некоторые свойства наклепанных струк¬
тур. Здесь следует упомянуть два случая: один относится к про¬
катке, другой — к ковке.
Горячекатаные листы из мягкой стали обычно имеют мелко¬
зернистую структуру, однако после смягчающего отжига прибли¬
зительно при 700° C некоторые листы содержат на поверхности
крупные зерна.
После ковки никелевой цементуемой стали [96] в аустенит¬
ной области между 1200 и 850° С, повторного нагрева до 850° C
и затем закалки в воде получается мелкозернистая структура
(ф. 638/1). Однако после повторного нагрева до 875° C появляется
крупнозернистая структура (ф. 639/2), которая соответствует
критической деформации в аустенитной области. Такая структура
отчетливо видна в рассматриваемом образце, деформация кото¬
рого неоднородна; максимум деформации соответствует диагона¬
лям и в центре квадрата (ф. 639/2). Таким образом, если после го¬
рячей деформации аустенитные зерна не рекристаллизуются до их
превращения в феррит, то после двойного a → у-превращения
искажения их решеток передаются новым у-зернам. Чтобы произо¬
шла рекристаллизация аустенита, температура после ковки дол¬
жна быть достаточно высокой.
На практике некоторые мягкие и среднеуглеродистые кон¬
струкционные стали для получения в них мелкозернистой и одно¬
родной структуры подвергают после ковки отжигу при высокой
температуре (чтобы вызвать рекристаллизацию аустенита), а за¬
тем обычной нормализации. Такую обработку называют «двойной
нормализацией».
2. ДЕФОРМАЦИЯ
В ОБЛАСТИ α → у-ПРЕВРА1ЦЕНИЯ
Горячая деформация в области превращения иногда проис¬
ходит случайно либо на поверхности кованых или катаных изде¬
лий, либо по всей толщине на конце очень длинных изделий.
В этом случае структура при высоких температурах оказывается
неоднородной из-за одновременного наличия феррита и аустенита,
которые к тому же имеют различную склонность к деформации и
рекристаллизации.
При определенном содержании и распределении феррита
ковкость сталей со смешанной структурой может быть даже пло¬
хой. После охлаждения ниже точки A1 структура является топо¬
графически неоднородной: феррит и перлит расположены в виде
чередующихся полос; в этом случае усиливается вторичная полос¬
чатость (см. гл. 14).
Такая неоднородная структура встречается в листах из очень
низкоуглеродистой стали, прокатанных в горячем состоянии
вблизи точки A3t но здесь отсутствует перлит. Если температура
листа перед проходом через последний калибр довольно низка,
то охлаждение поверхности листа в контакте с валками может
вызвать появление a-зерен, которые наклепываются одновре¬
менно с у-зернами в середине листа. Так как в промышленной
практике охлаждение, которое следует за последним калибром,
является ускоренным, а температура листа при сматывании его
в рулон довольно низка, конечная структура мелкозерниста и
однородна, но ферритные зерна на поверхности сохраняют свой
наклеп и способны вызвать рекристаллизацию во время последую¬
щего повторного нагрева. В результате этого на поверхности листа
появляются крупные зерна после деформации на 10% в чистовом
калибре при температуре Ar3 и последующего смягчающего от¬
жига приблизительно на 700° C (предназначенного для сфероиди-
зации цементита). Эта неоднородность размера зерен может быть
усилена повышением температуры A3 из-за более низкого содер¬
жания углерода в чистой зоне кипящих сталей (97]. Она может
быть устранена нормализационным отжигом, т. е. нагревом выше
температуры превращения A3.
В среднеуглеродистых сталях деформация в области пре¬
вращения дает наклепанные аустенитные и ферритные зерна.
Деформированный аустенит, который в зависимости от скорости
охлаждения превращается либо в перлит, либо в мартенсит, обра¬
зует удлиценнце веретенообразные зерна в матрице или сетку
45
(в зависимости от содержания углерода) деформированного фер¬
рита (ф. 640/1; 641/1; 642/1). В углеродистых стадиях рекристал¬
лизация феррита и аустенита, по-видимому, начинается одновре¬
менно (ф. 641/5, 6), но рекристаллизация в аустените развивается
быстрее, чем в феррите (ф. 642/2,3). Зафиксировать эти две со¬
ставляющие можно путем непосредственной закалки после дефор¬
мации (ф. 641), причем каждая из них является частично накле¬
панной и частично рекристаллизованной.
После частичного самоотжига во время охлаждения на воз¬
духе или выдержки при температуре деформации перед закалкой
можно наблюдать появление нового феррита на границах трех
последовательных образований аустенитных зерен (ф. 640/2,7;
642/7). После охлаждения на воздухе между перлитными остров¬
ками видны полигонизованные зерна феррита вместе с рекристал-
лизованными и другими зернами (в контакте с перлитом), которые
возникли при превращении деформированного аустенита в фер¬
рит (и перлит).
3. НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ
ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА
(АУСФОРМИНГ)
Если исходная структура в результате полной аустенизации
при достаточно низкой температуре мелкозерниста, и если за¬
калке предшествует сильный наклеп приблизительно при 500° C
до того, как произойдет какое-либо превращение, то может быть
получена сильно фрагментированная и искаженная структура.
В результате этого может увеличиться предел текучести при
сохранении приемлемой пластинчатости. Это является основой
процесса низкотемпературной термомеханической обработки [98].
Рис. НО. Деформационный цикл н мстастабильной аустенитной области
(аусформинг) легированной стали (ф. 643)
Так как аустенит неустойчив при температурах ниже А
выбираются стали с таким содержанием легирующих элементов,
которое обеспечивает существование аустенита во время проведе¬
ния цикла обработки (рис. 80). Кривые изотермического превра¬
щения должны находиться при этом температурном уровне на
большом расстоянии друг от друга и четко разделяться между
бейнитной и перлитной областями. На микрофотографиях 643
показаны некоторые структуры аустенита, наклепанного до раз¬
личных степеней деформации при двух различных температурах.
Удлинение аустенитных зерен (ф. 643/7) аналогично удлине¬
нию ферритных зерен (ф. 598/6); кроме линий скольжения
(ф. 643/3) видны двойники (ф. 643/6) и первичная полосчатая
структура (ф. 643/4). В большинстве сильно наклепанных обла¬
стей произошло ускоренное превращение аустенита в бейнит
(ф. 643/8). Очевидно, что наклепанный таким образом аустенит
не может рекристаллизоваться при температурах деформации
(ф. 643/7); время самоотжига ограничено ускоренным появлением
карбидов. Отсутствие рекристаллизации может объяснить тот
факт, что продолжительность выдержки после деформации имеет
небольшое влияние на окончательные свойства стали, пока не
появился бейнит.
Факторы, мешающие упрочнению наклепанного аустенита
закалкой, многочисленны, и до сих пор полностью не изучены.
Механизм упрочнения, по-видимому, не зависит от содержания
углерода. В то же время некоторые легирующие элементы непо¬
средственно влияют на этот процесс, причем молибден и ванадий
являются более активными упрочняющими элементами, чем
хром [99]. Механизм упрочнения в микроскопическом масштабе
46
включает выделение очень мелких карбидов (или, по крайней
мере, образование атмосфер Коттрелла, так как деформация со¬
провождается текучестью или штрихами на кривой растяжения),
обеспечивающих закрепление дислокаций.
ЛИТЕРАТУРА
1. L. D. Lucas. Mem. Sc. Rev. Metallurgie (1964), 61,
1, 1—24.
2. A. Constant. Rev. Trait. Thermiques (1963), 1, 35.
3. M. M a h u 1. CIT (1957), 5, 1039.
4. P. Vallet. Coulee de Γacier. Cahiers du Cessid. Metz.
5. J. Duflot, A. Richard. Rev. Metallurgie (1953),
51, 623.
6. D. H. L a π e , W. A. Tiller. Trans. AIME (dec. 1960),
218 991
7. A. Koh n. Mem. Sc. Rev. Metallurgie (1962), 59, 11, 713—
734.
8. P. Bardenheuer, R. Bleckman. Stahl und
Eisen (1941), 61, 3, 49—53.
9. P. Bardenheuer, R. Bleckman. KWI Eisen¬
forschung (1939), 21, 201.
10. B. C h a 1 m e r s. J. Australian Inst. Met. (1963), 8, 255.
11. H. Wentrup, H. Schrader. Arch. Eisenhiittenw.
(1949), 20, 165—178.
12. H. Siegel. Stahl und Eisen (1938), 58, 44, 1218—1225.
13. W. Roth, M. Schippen. Z. Metallk. (1956), 47, 78.
14. L. Northcott. JISI (1941), 143, 1, 74.
15. B. Chalmers. Principles of Solidification (1964), Wi¬
ley NY, 263.
16. R. Castro. Mem. Sc. Rev. Metallurgie (1961), 58, 11,
881—884.
17. W. C. Winegard, B. Chalmers. Trans. ASM
(1954), 46. 1214.
18. A. Kohn, J. Philibert. Mem. Sc. Rev. Metallurgie
(1960), 57, 4, 291—312.
19. B. C h a 1 m e r s. Rev. Metallurgie (1965), 62, 2, 115—120.
20. J. F. Wallace. J. of Metals (1963), 372-376.
21. F. C. Langenberg a. o. J. of Metals (1961), 13, 12,
895—899.
22. Bisra. JISI (1949), 162, 2, 437—450.
23. Parsons, Duncan. JISI (1929), 1, 225
24. L. Northcott. JISI (1934), 1, 152.
25. А. А. Зборовский и др. Сталь, 1955, 17, I, 24—30.
26. C. Rocques e. a. Rev. Metallurgie (1960) 57, 12, 1091 —
1103.
27. S. Onodera a. о. Tetsu to-Hagane (1961), I, 3, 31—39.
28. J. P h i I i b e r t, C. de Beaulieu. Rev. Metallurgie
(1959), 56, 2, 171—178.
29. Д. K. Черно в. Наука о металлах. Металлургиздат
(1950), 164—195.
30. W. A. Tiller. JISI (1949), 338.
31. V. Koselev. Sbornik Praci (1957), 41, Skoda-ZVIL
Plzen.
32. C. Benedicks, H. Loftquist. Non metallic
inclusions in steels, Chapman-Hall ed., London, 1930.
33. P. H. Salmon C о x, J. A. Charles. JISI (1963),
863—872.
34. C. E. Sims, F. B. Dahle. Trans. AFA (1938), 46,
65—132.
35. H. Jolivet. Mem. Rev. Metallurgie (1942), 39, 233—246,
257 264.
36. Л. M. Ефимов и др. Сталь (1955), 15, 12, 1090—1098.
37. A. Kohn. Coulee de Γacier, Cahiers du Cessid, Metz.
38. D. Binnie. JISI (1944), I, 353, P.
39. L. Northcott. JISI (1934), I, fig. 4, plate 18.
40. L. Northcott. JISI (1934), I, 171—186.
41. A. I. Landau. Pomm (1958), 6, 132.
42. P. Cattier e. a. Publ. IRSID, A-50, 1953.
43. H. M. Finniston, T. D. Fearnehough. JISI
(1951), 169, I, 5—12.
44. E. Pouillard. Journees Internationales Grosse Forge
Francaise, mai 1963.
45. Iron and Steel Institute. Special Report 29 (1943), 14—75.
46. B о r i о n e, R. Colas. Bull. Cercle Etudes des Metaux
(1947), 5, 1—26.
47. M. Kawai. Tetsu-to-Hagane Abstracts (1956), 6, 5—27.
48. P. Vallet. Chimie Physique Sider., Cahiers du CESSID
(1954). Metz, 225.
49. J. Duflot. Coulee de Γacier, Cahiers du CESSlD (1964),
Metz, 27,
50. P. M. McNair. JISI (1948), 160, 2, 151—163.
51. J. DuIlot, A. Richard. Rev. Metallurgie (1954),
51; 9, 623—657.
52. Belding. Basic-Open Hearth Steelmaking (1951), 340.
53. A. Hultgren, G. Phragmen. Trans. AIME (1939),
135 133 244.
54. H. Malkor. Rev. Metallurgie (1964), 61, 12, 1031 — 1042.
55. J. DuIlot e. a. Rev. Metallurgie (1966), 63, 5, 383—395.
56. M. Ward, R. Widdowson. JISI (1965), 203, 5,
486—492.
57. A. NiedenthaItH. Bennek. Archiv. Eisenhiittenw.
(1933/34), 7, 683—688.
58. BISRA. Metal Treatment and Drop Forging (1951).
59. J. Pokorny. Album de Metallographie, Cessid, Metz,
(1958), mi 17/1, 17/2.
60. J. Zlatnik, I. Zlatnikova. Hutn. Listy (1962),
17, 240—249.
61. G. Delbart. Rev. Ind. Minerale, Mem. (1935), 357,
507—522. K- Kreitz. Stahl und Eisen (1935) 55, 830—831
62. M. Vater u. a. Stahl und Eisen (1966), 86, 14, 892—905.
63. Iron and Steel Institute. Special Report No. 63 (1958).
64. E. Houdremont. Handbuch der Sonderstahlkunde
(1956), 1383.
65. C. Rocques e. a. Mem. Rev. Metallurgie (1957), 54, 11,
821—839.
66. J. Delorme e. a. Mem. Rev. Metallurgie (1961), 58, 6,
423—434.
67. P. C a t t i e r e. a. Rev. Metallurgie (1950), 47,8, 619—
636.
68. W. Peter, H. Finkler. Archiv Eisenhiittenw. (1963),
34, 605—616.
69. P. Bastien. Rev. Metallurgie (1961), 58, 11, 981—990.
70. M.-T. Leger, P. Detrez. Rev. Metallurgie (1965),
62, 9. 767—783.
71. A. Rose u. a. Archiv Eisenhiittenw. (1964) 35, 3, 209—
220.
72. H. Malcor. Rev. Metallurgie (1945), 42, 8, 241—253.
73. E. Houdremont. Handbuch der Sonderstahlkunde
(1956), 537.
74. C. Crussard. 6e Collodue Metallurgie, CEA (1962),
75. P i о b e r t, Morin, Didion. Memorial Artillerie
(1842) 5, 525.
76. C. C r u s s a r d e. a. Rev. Metallurgie (1956), 53, 6, 426—
460.
77. P. Lacombe, A. B e a u j a r d. J. Inst. Metals (1951),
74, 1.
78. J. Pokorny. These, Paris, 1952.
79. B. Jaou 1. Etudes de Ia plasticite et application aux metaux
(1965), 6, 7, 5.
80. C. Crussard. Rev. Metallurgie (1944), 41, 139.
81. K. T. Aust a. o. Trans. AIME (1959), 215, 90.
82. J. T a 1 b о t. These. Paris (1955).
83. G. Jegaden, R. Tarriant. Rev. Metallurgie
(1961), 58, 8, 685.
84. R. L. Rickett a. o. Metals Technology (1949), 242.
85. W. C. Leslie. Trans. Metallurgical Soc. AIME (1961),
221, 752.
86. C. R. Austin. Transactions ASM (1944), 35, 446.
87. H. J. Fisher, J. L. Walter. Trans. AIME (1962),
224, 1271.
88. W. G. Bürgers, T. J. Tiedema. Acta Metallurgica
(1953), 1, 234.
89. P. Bastien, J. Pokorny. J. Inst, of Metals (1954),
82, 545—549; Rev. Metallurgie (1956), 53, 9, 649—659.
90. P. A. Beck. Acta Metallurgica (1953), 1, 230.
91. G. Po mey. Bull. Cercle EtudesMetaux (1965), 9, 11, 439-
482.
92. M. Angeli, B. Jaoul; C. Crussard. Cr. Acad.
Sc. Paris (1961), 253, 451—453.
93. R. L. Whitelley, D. E. Wise. Flat Rolled Pro¬
ducts (1962), 3, 47.
94. C. Rossard, P. Blain. Rev. Metallurgie (1958),
55, 6, 573—594.
95. C. R o s s a r d, P. Blain. Rev. Metallurgie (1962), 59,
3, 223—236.
96. R. Castro. Rev. Metallurgie (1962), 59, 3, 243—247.
97. U. Berruti e. a. Rev. Metallurgie (1960), 57, 11, 1019—
1031.
98. E. M. S. L i p s, H. V a n Z u i 1 e n. Metal Progress (1954)
66, 103.
99 L. Raymond a. o. JISI (1965), 203,9,933—937.
РАЗВИТИЕ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
501/1. 3-т слиток квадратного сечения. Изложница, уши¬
ренная кверху, разливка сифонная, применение экзотермиче¬
ского короткого литника позволило получить очень плоскую
головную часть слитка.
501/2. 1-т слиток из среднеуглеродистой низколегированной
стали. Непротравленный продольный шлиф, разливка сверху,
изложница уширена кверху, без прибыльной надставки. Усадоч¬
ная раковина занимает верхнюю четверть слитка.
501/3. Такой же слиток, непротравленный продольный шлиф,
но изложница уширена книзу. Усадочная раковина здесь более
вытянута и достигает донной четверти слитка.
501/4. 1500-т слиток из самозакаливающейся мягкой ста¬
ли. Показано поперечное сечение основания усадочной раковины.
Чернильный отпечаток сделан после травления в реактиве Хэм¬
фри. Полость имеет очень неровные края, которые содержат шлак
(темные пятна). Дендриты растут по направлению к центруслитка.
501/5. 100-кг слиток для труб из мягкой среднеуглеродистой
стали. Продольное сечение при отношении N/D, равном при¬
близительно 10, получается очень вытянутая усадочная раковина.
501/6. 150-кг слиток для труб из мягкой стали. Продольное
сечение. Газовые пузыри в головной части характерны для этой
стали. Сильно вытянутая усадочная раковина достигает донной
части.
502/1. 500-кг слиток, отлитый без прибыли. Продольное
сечение. Сифонная разливка в изложницу, одна из стен которой
(на снимке вверху) выложена формовочным песком, поэтому
горячая зона слитка сдвинута к более изолированной стенке;
усадочная раковина, так же как и осевые зоны ликвации, ассиме-
трична (см. ф. 509).
502/2. 5-т слиток, отлитый сверху, без прибыли. Излож¬
ница уширена книзу. Сталь с 0,45% C (№ 215). Продольное сече¬
ние. Йз-за глубокой усадочной раковины получается много отхо¬
дов, однако потери могут быть компенсированы быстрыми разлив¬
кой и стрипперованием.
502/3. Довольно длинный слиток массой 1 т. Изложница,
уширенная кверху, с изолирующей надставкой. Продольное сече¬
ние. Усадочная раковина в головной части соединяется с серпо¬
видными раковинами под затвердевшей кромкой (см. ф. 508).
502/4. 2-т слиток из стали с 0,45% C (№ 216), разлитый
сифоном. Продольное сечение. Головная часть очень плоская
и потери на обрезь невелики. Детали структуры представлены
на микрофотографиях 536 и последующих.
503/1. 1-т слиток из легированной стали, разлитой с изо¬
лирующей надставкой. Продольное сечение. Усадочная раковина
содержит мостик, который разрушился во время усадки жидкой
стали. Травление кислотой выявляет осевые зоны ликвации и тре¬
щины в оболочке, обусловленные износом изложницы.
503/2. 5-т слиток из стали с 0,5% C (N? 217), разлитый
без надставки. Слит из донной части спустя 22 мин после окон¬
чания разливки. Продольное сечение. В этой стадии затвердева¬
ния толщина застывшего слоя везде приблизительно одинакова
(см. ф. 523 и др.).
503/3. Половина поперечного сечения на половине высоты
того же слитка: очень рыхлый фронт затвердевания.
503/4. б-m слиток бутылочного типа из стали с 0,10% C
(№ 218). Слит сразу же после образования внутреннего кольца
газовых пузырей. Продольное сечение. Толщина затвердевшего
слоя здесь также везде одинакова. Головная часть слитка носит
отпечаток надставки (см. ф. 563).
505/5. Поперечное сечение на половине высоты того же слитка;
толщина застывшей корки равномерна. Фронт затвердевания
точно следует волнистым линиям изложницы.
ОБЩАЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИЯ СЛИТКОВ
504/1. 500-кг слиток из самозакаливающейся стали. Поверх¬
ность излома поперечного сечения в верхней трети слитка. Не¬
смотря на фазовые превращения, в затвердевшем металле наблю¬
48
даются три классические зоны кристаллизации: мелкозернистая,
столбчатая и равноосных кристаллов.
504/2. Блюм, изготовленный непрерывной разливкой из
практически однофазной стали с 4% Si. Квадратное поперечное
сечение со стороной 220 мм. Угол поперечного сечения. Микро¬
травление позволяет наблюдать а-кристаллизацию: зона очень
мелких кристаллов на поверхности соприкосновения с изложни¬
цей, затем зона столбчатых кристаллов толщиной 40 мм и внутрен¬
няя зона равноосных кристаллов.
504/3. Отливка из магнитного сплава тиконал. Поперечный
излом. В цилиндрическом образце только столбчатые кристаллы.
Образец трубчатой формы получается из анализируемой пробы
путем засасывания ее в кварцевую трубу. Образование столбча¬
тых кристаллов прервано быстрым удалением расплава.
504/4. Пропеллерная лопасть из стали с 14% Сг. Попереч¬
ный излом. Излом межкристаллитный. Быстрое охлаждение по¬
давляет образование зоны равноосных кристаллов. Левая сто¬
рона охлаждалась немного быстрее, чем правая.
505/1. 4-т слиток из стали с 4% Si (№ 219). Литое состоя¬
ние. Поперечное сечение на половине высоты слитка, а-зерна,
образовавшиеся при затвердевании, сохраняются до комнатной
температуры. «Холодные капли», которые прилипли [к излож¬
нице во время разливки (верхняя часть на микрофотографии), со¬
держат очень мелкие зерна. Зона столбчатых кристаллов в точках
соприкосновения с этими каплями имеет радиальное направление.
505/2. Осевая часть приведенного выше поперечного сечения
с равноосными зернами, которые здесь немного мельче, чем в об¬
ласти, соприкасающейся с показанной выше зоной столбчатых
кристаллов.
505/3. 4-т слиток из стали с 4% Si (№ 220). Продольный
излом на половине высоты слитка. В области соприкосновения
с изложницей (внизу микрофотографии) очень мелкие зерна, затем
следует зона столбчатых кристаллов с трещинами, которые пер¬
пендикулярны к столбчатым кристаллам (ср. ф. 614/5), и, нако¬
нец, зона с крупными равноосными зернами.
505/4. 15-кг слиток из жаропрочной стали 25—-20. Попереч¬
ное сечение. Структура аустенитная, видны различные зоны кри¬
сталлизации, которые выявляются на диагональной плоскости
слитка. Равноосные кристаллы в центре отсутствуют.
505/5. 5-т слиток из стали с 0,5% C (№ 221). Поперечный
излом в нижней трети растрескавшегося слитка. На поверхности
трещины появляются столбчатые кристаллы диаметром в не¬
сколько миллиметров и длиной в несколько сантиметров.
Слитки из углеродистой стали. Различные условия разливки.
506/1. Протравленный продольный шлиф 500-кг слитка из
среднеуглеродистой стали. Наблюдается довольно глубокая зона
столбчатых кристаллов около 70 мм по всей высоте слитка.
В центре зона довольно грубых равноосных зерен (см. ф. 507/1).
506/2. Продольный протравленный шлиф подобного 500-кг
слитка, но разлитого при более низкой температуре. Здесь столб¬
чатые кристаллы почти вдвое короче. В головной части сердце¬
вины зона равноосных кристаллов уступает место зоне мелких
глобулярных зерен. Осевые V-образные ликвации зоны проходят
почти по всей длине слитка (см. ф. 507/2).
506/3. Продольный протравленный шлиф 1800-кг слитка из
среднеуглеродистой стали. Этот слиток, более короткий, чем
предыдущие, имеет равномерную зону столбчатых кристаллов,
такую же глубокую, как и на микрофотографии 506/1. Осевая
зона состоит из крупных равноосных зерен в головной и из гло¬
булярных зерен в донной части. В осевой части слитка находятся
V-образные зоны ликвации, в некоторых из них есть небольшие
трещины. Обе черные прожилки в прибыльном конце — это
д-образные зоны ликвации, которые будут описаны ниже
(ф. 538 и последующие).
507/1. Часть продольного сечения слитка, показанного на
микрофотографии 506/1. Ось слитка расположена горизонтально,
головная часть находится слева. Столбчатые дендриты ориенти¬
рованы в направлении головной части. За ними следуют сравни¬
тельно крупные равноосные дендриты. Отчетливо видна их раз-
ориентировка. Чистые оси этих дендритов светлые, а некоторые
зерна, образовавшиеся во время затвердевания, окружены
темной сеткой. Черные области в осевой части V-образные зоны
ликвации; некоторые из них имеют микрораковины.
507/2. Часть продольного сечения слитка, показанного на
микрофотографии 506/2; расположение такое же, как и на микро¬
фотографии 507/1. Поскольку температура расплава ниже, чем
в предыдущем случае, число дендритов больше, и область столб¬
чатых кристаллов менее обширна. За этой зоной следует тонкий
слой равноосных дендритов более мелких, чем на микрофотогра¬
фии 507/1. Область глобулярных зерен занимает осевую зону
слитка и содержит многочисленные зоны ликвации; на снимке —
темные пятна V-образной формы.
508/1. Продольное сечение донной части 500-Асг слитка, пока¬
занного на микрофотографии 506/1. Столбчатые кристаллы пер¬
пендикулярны к поверхности слитка. В конце донной части зона
столбчатых кристаллов сменяется очень мелкими зернами. Это
обусловлено сифонной разливкой. Осевая зона содержит крупные
равноосные кристаллы, как и на микрофотографии 507/1. Быстрое
охлаждение этого слитка в связи с его малыми размерами благо¬
приятствует развитию зоны столбчатых кристаллов за счет зоны
равноосных кристаллов.
508/2. Продольное сечение донной части 1800-кг слитка,
показанного на микрофотографии 506/3. Участок зоны столбчатых
кристаллов в конце донной части удален в результате обработки
резанием. Столбчатые кристаллы растут почти перпендикулярно
поверхности слитка, а затем направление их роста слегка откло¬
няется вверх. Их равитие прерывается при появлении равноос¬
ных зерен. Размеры кристаллов быстро уменьшаются в направле¬
нии оси слитка, где появляются очень мелкие глобулярные ден¬
дриты.
509/1. Продольное сечение 500-кг слитка из среднеуглероди¬
стой стали. Разливка сверху в составную изложницу без над¬
ставки (см. ф. 502/1). Справа на снимке — чугунная стенка из¬
ложницы, слева — стенка из формовочного песка. При соприкос¬
новении с чугунной стенкой затвердевание развивается быстрее,
чем при соприкосновении с песчаной стенкой. Усадочная раковина
асимметрична и лежит ближе к изолированной стенке. Она про¬
должается по направлению к донной части рядом V-образных зон
ликваций, более заметных в левой части снимка, чем в правой
(темные участки).
509/2. Структура на половине высоты продольного сечения
того же слитка. Головная часть слитка — вверху. Широкая зона
мелких кристаллов простирается между областью V-образной
ликвации (темные полосы слева) и зоной столбчатых кристаллов
(на стороне изложницы, справа). V-образные ликвационные зоны
очень четко выражены и на стороне, охлаждавшейся медленнее,
сильно наклонены.
509/3. Структура продольного сечения на половине высоты
слитка, показанного на микрофотографии 506/3. Головная часть
вверху. Между зоной столбчатых кристаллов в соприкосновении
с изложницей (слева) и осевой зоной V-образной ликвации прости¬
рается область мелких равноосных зерен в направлении донной
части слитка и область крупных зерен в направлении головной
части.
112-т слиток из легированной стали с 0,3% C (N° 222),
разлитый в вакууме. Поперечные сечения на расстоянии 27%
от головной части и 5% от донной части. Обжатие при ковке 1,4%.
510/1. Часть головного сечения на расстоянии 20 мм от по¬
верхности слитка; на снимке сторона изложницы вверху. Реактив,
содержащий медь, выявляет темные чистые дендритные оси, в этом
случае ориентированные. Вторичная a-структура проявляется
в виде серых зерен различного оттенка.
510/2. Часть сечения, расположенная на половине длины
радиуса и примыкающая к рассмотренной выше. Здесь заметно
начало зоны крупных равноосных кристаллов.
510/3. Осевое сечение головной части слитка, показанного на
микрофотографии 510/1. Наблюдается зона равноосных дендри¬
тов средней величины.
510/4. Сечение донной части слитка на расстоянии 20 мм от
поверхности. Область контакта с изложницей находится в верх¬
ней части снимка. Зона столбчатых кристаллов состоит из дендри¬
тов очень тонких и более плотно расположенных, чем на микро¬
фотографии 510/1.
510/5. Сечение на половине длины радиуса, примыкающее
к области, показанной на микрофотографии 510/4. Равноосные
округлые дендриты мельче, чем на микрофотографии 510/2.
Сравнительно толстые дендритные оси.
510/6. Осевое сечение донной части слитка. Дендриты очень
мелкие и слабо очерченные. Это — зона глобулярных кристал¬
лов, о которой уже упоминалось при описании микрофотографии
508/2.
7 Металлография железа, т. III
510/7. 2-т слиток из нержавеющей ферритной стали. Про¬
дольное сечение па половине высоты слитка. Структура после
затвердевания очень мелкозернистая. Видна только макрострук¬
тура, в особенности осевые V-образные зоны ликвации и в виде ко¬
роны на половине радиуса слитка.
Сляб размером I X 0,2 м, изготовленный непрерывной
разливкой спокойной, очень мягкой стали (№ 223). Литое со¬
стояние.
511/1. Часть поперечного сечения с четко выраженной зоной
столбчатых кристаллов. Зона равноосных кристаллов шириной
около 20 мм обнаруживается только в виде полосы в осевой части.
511/2. Средняя часть приведенного выше поперечного сече¬
ния. Дендриты трудно различимы из-за слабой разницы в окраске
и малых размеров. Светлые пятна — это области ликвации.
511/3. Место пересечения дендритов на краю поперечного се¬
чения. Дендриты здесь видны более отчетливо, особенно в зоне
равноосных кристаллов.
511/4. Деталь структуры, показанной на микрофотографии
511/3; видны столбчатые кристаллы в верхней и нижней частях.
На левой стороне — темные дендритные оси равноосных кристал¬
лов. Междендритные ликвационные области имеют вид светлых
линий; некоторые из них содержат микротрещины (темные).
511/5. Центральная часть сечения, показанного на микро¬
фотографии 511/1; здесь зона столбчатых кристаллов (внизу)
пересекается с зоной равноосных кристаллов. Объяснение то же,
что и для микрофотографии 511/4.
Сляб размером 1 X 0,2 м, полученный непрерывной раз¬
ливкой из мягкой, спокойной стали (№ 224). Литое состояние.
512/1. Поперечное сечение сляба. На уменьшенном изображе¬
нии заметна только осевая ликвация.
512/2. Увеличенное изображение одного из концов предыду¬
щего образца. Внешне похож на сляб из очень мягкой стали
(ф. 511/1). Белые пятна представляют собой небольшие ликва¬
ционные области.
512/3. Деталь структуры, показанной на микрофотографии
512/2; видно место пересечения трех зон столбчатых кристаллов
различного направления. Здесь столбчатые дендриты шире и
видны отчетливее, чем в стали с низким содержанием углерода
(см. ф. 511/3). Область равноосных дендритов яйцевидная (центр
микрофотографии) и не содержит зон ликваций. Последние нахо¬
дятся в нижней части микрофотографии и имеют микрораковины
(черные).
Сляб размером 1 × 0,2 м, полученный непрерывной раз-
- лив кой. Литое состояние.
513/1. Сляб из спокойной, очень мягкой стали (см. ф. 511).
Сечение вдоль малой оси, головная часть сля^а вверху. Травление
в реактиве, содержащем медь, дает здесь только слабый контраст.
Столбчатые дендриты слегка наклонены к головной части
сляба.
513/2. Сляб из мягкой, спокойной стали (см. ф. 512). Поло¬
вина продольного сечения вдоль малой оси. Головная часть сляба
вверху. Некоторые темные дендриты оси кажутся очень широ¬
кими, так как плоскость сечения проходит через плоскость основ¬
ных дендритных ветвей. Осевая часть сляба (слева) содержит бес¬
порядочно расположенные дендриты. Справа, параллельно по¬
верхности слитка, следуют узкие темные полоски или контуры,
которые будут показаны на микрофотографиях 530 и последую¬
щих.
513/3. Сляб, показанный на микрофотографии 513/2. Литое
состояние. Наблюдаются феррит и перлит. Травитель, содержа¬
щий медь, выявляет темные пятна — это сечение чистой оси ден¬
дрита. В междендритных зонах (б-границы) видны сульфидные
включения.
513/4. Другая область того же сляба, a-структура, состоящая
из феррита и перлита, налагается на сетку прежних границ
у-зерен, которые заметны благодаря декорированию мелкими
выделениями (ср. ф. 525/5).
Сляб размером 1 × 0,2 м, полученный непрерывной раз¬
ливкой из мягкой, спокойной стали (№ 224). Литое состояние.
Поперечное сечение.
514/1. Серый отпечаток поперечного сечения. Та же картина,
что и при травлении реактивом, содержащим медь (см. ф. 512),
однако дендриты светлые, а междендритные пространства, содер¬
жащие сульфидные включения, окрашены в коричневый цвет.
514/2. Деталь структуры центральной части поперечного
сечения того же слитка. Серный отпечаток. Дендритные оси свет¬
лые, в противоположность изображенным на микрофотографии
512/3 (получены после травления реактивом, содержащим медь).
Микрораковины не отличаются от зон ликвации, все они окра¬
шены в коричневый цвет (осевая часть сляба).
514/3. Серный отпечаток продольного сечения сляба, пока¬
занного на микрофотографии 512/1. Головная часть в верхней
49
части снимка. Наблюдается та же картина, что и на микрофото¬
графии 514/2.
Изделия, полученные непрерывной разливкой. Литое со¬
стояние.
515/1. Сляб из мягкой спокойной стали (см. ф. 512). Продоль¬
ное сечение вдоль малой оси, головная часть вверху. В осевой
зоне область равноосных кристаллов занимает небольшую часть
сечения (см. ф. 513/2).
515/2. Овальная заготовка размером 80X60 мм из легиро¬
ванной стали (№ 225). Половина поперечного сечения. Зона столб¬
чатых кристаллов простирается радиально от поверхности заго¬
товки.
515/3. Продольное сечение заготовки, изображенной на пре¬
дыдущей микрофотографии. Головная часть вверху. Справа на
снимке наблюдается типичная литая структура, слева отсутствует
зона столбчатых кристаллов, так как сечение не проходит через
эту зону, как на микрофотографии 515/2.
515/4. Овальная заготовка размером 80X60 мм из жаропроч¬
ной стали (№ 226). Продольное сечение, головная часть вверху.
Темные дендритные оси здесь очень тонкие, и область равноосных
кристаллов выражена более четко, чем на микрофотографии
515/3. Благодаря обработке в кислотном реактиве трещины в осе¬
вой части этого изделия растравлены. Линии, параллельные обо¬
лочке слитка — это следы контуров затвердевания (на плоскости
сечения, см. ф. 515/1, 2).
ОБРАЗОВАНИЕ ДЕНДРИТОВ
516/1,2. Скелеты дендритных монокристаллов (кристаллов
Чернова), найденные в прибыльной части большого слитка,
предназначенного для ковки. Если к концу процесса затверде¬
вания число дендритов мало, то кристаллы могут быть очень
крупными (см. ф. 536/1). Когда же расплав удаляется из усадоч¬
ной раковины рано, кристаллы еще не соприкасаются друг
с другом и дают хорошо развитые дендритные скелеты. Обычно
они имеют пирамидальную форму и многочисленные разветвле¬
ния (см. ф. 517 и последующие).
516/3. Срастание нескольких дендритных монокристаллов,
возникающих из усадочной раковины отливки из высокоуглеро¬
дистой стали. Эти кристаллы менее массивны, чем на предыду¬
щем снимке. Дендритные ветви очень тонкие (см. ф. 517).
516/4. Ферросплав, содержащий 80% Mn и 7% С. Обычно
зерна стали во время затвердевания имеют дендритную форму,
а зерна высокоуглеродистых чугунов призматическую — затвер¬
девание начинается с образования многочисленных пересекаю¬
щихся пластинок. Они отчетливо видны, когда затвердевание пре¬
рывается удалением расплава.
Кристаллы Чернова
517/1. Сечение образца, показанного на микрофотографии
516/3, вдоль большой дендритной оси. Слева можно видеть два
различных направления дендритных ветвей; их чистые дендрит¬
ные оси очерчены темным цветом благодаря травлению реактивом,
содержащим медь.
517/2, 3. Детали структуры того же образца; показана та
часть, в которой затвердевание было прервано удалением рас¬
плава. Чистые дендритные оси темные. Заметно их зернистое
строение, так как травление, кроме структуры затвердевшего
металла выявило вторичную a-структуру (перлитную). На этой
микрофотографии видны последовательно стадии роста дендрит¬
ных ветвей.
517/4. Деталь структуры того же образца; показана область,
в которой затвердевание уже закончилось. Междендритные про¬
странства — светлые, со значительной ликвацией и содержат
сульфидные включения в форме якоря (см. также ф. 548/3).
Поперечное сечение 4-т слитка (сталь № 221), из которого
расплав был удален до окончания затвердевания зоны столбча¬
тых кристаллов. Литое состояние. Излом этого слитка будет
представлен на следующих фотографиях.
517/5. Слева, в месте соприкосновения слитка с изложницей,
находятся очень мелкие кристаллы с пузырями (темные). Зона
столбчатых кристаллов граничит с областью «рыхлого» металла
(темные микрораковины в правой части микрофотографии), кото¬
рая образует фронт затвердевания.
Излом поверхности затвердевшей стенки 4-т слитого (см.
ф. 517/5) слитка. Литое состояние.
518/1. Слева — поверхность слитка, справа — вершины
столбчатых кристаллов в контакте с расплавом. Так как излом
проходит, как правило, через междендритные пространства, зона
столбчатых кристаллов прекрасно очерчена. Можно также видеть
отдельные подкорковые пузыри в левой части и микрораковины
в правой.
50
518/2. Часть внутренней поверхности того же слитка. Вер¬
шины кристаллов пирамидальной формы. На передней правой
стороне образца показано сечение микрораковин, которые в неко¬
торой степени связаны с верхней поверхностью.
518/3. Вид фронта затвердевания сверху (см. ф. 518/2). Пира¬
миды, составляющие дендритный каркас, имеют четырехугольные
основания (см. ф. 519 и 520) и разориентированы относительно
друг друга.
518/4. Тот же образец, сошлифованный на несколько милли¬
метров. Косое освещение позволяет различить светлые дендрит¬
ные оси. Темные места — пустые пространства между пирами¬
дами.
518/5. Та же область, но при вертикальном освещении (свет¬
лое поле). Общий вид дендритов, детали которых представлены
на следующих фотографиях.
Фронт затвердевания
519/1. Увеличенная микрофотография 518/5. Поперечное
сечение, проходящее через вершины столбчатых дендритов, кото¬
рые образуют фронт затвердевания 4-т слитка. Литое состояние.
Видна последовательность роста кристаллов в жидкой стали:
очень мелкие, почти сфероидальные зерна, мелкие крестовидные
зерна, затем разветвленные дендриты. Некоторые кристаллы
достаточно сильно развиты и располагаются столь близко друг
к другу, что могут образовывать би- или поликристаллы. Прояв¬
ляется общий характер столбчатых кристаллов — оси дендритов
пересекаются под прямыми углами, поэтому столбчатые кри¬
сталлы имеют общую преимущественную ориентацию по отноше¬
нию к поверхности слитка (см. также ф. 520).
519/2. Деталь структуры того же образца. Границы дендри¬
тов весьма неровные и содержат шлаковые включения — серые
частички в точках соприкосновения двух зерен (слева на микро¬
фотографии).
519/3. Другая деталь той же структуры. Основной дендрит
в нижней части сросся с двумя другими.
Слиток, показанный на микрофотографии 518/1. Сечение,
параллельное поверхности на глубине приблизительно 40 мм.
Литое состояние.
520/1. Поперечное сечение столбчатых кристаллов. После окон¬
чательного затвердевания свободные дендриты соприкасаются
друг с другом (см. ф. 519). Благодаря травлению дендритные оси
кажутся темными, а междендритные пространства светлыми.
520/2. Деталь той же структуры. Дендриты полностью свя¬
заны. Общий характер дендритов такой же, как у показанных на
микрофотографии519/1, и здесь их оси пересекаются под прямым
углом.
520/3. Такой же образец, как и на микрофотографии 520/2,
но дополнительно протравленный, благодаря чему видны гра¬
ницы прежних зерен (светлая сетка). Эта светлая сетка разделяет
первичную структуру на области с одинаковой ориентацией ден¬
дритов.
520/4. Деталь структуры предыдущего образца. Тонкая свет¬
лая ферритная сетка выявляет границы прежних у-зерен. у-зерно
содержит дендриты только одной ориентации; таким образом, эта
сталь затвердевает в у-области.
Зона столбчатых кристаллов в среднеуглеродистой стали
(см. ф. 518). Литое состояние.
521/1. Деталь образца, показанного на микрофотографии
520/1. Прежние у-зерна ограничены светлой каймой феррита.
Основой является перлит, более или менее темный в зависимости
от степени ликвации.
521/2. Сечение, параллельное поверхности слитка (см.
ф. 518/1) на глубине 60 мм. Зона с несколько большей ликвацией,
чем на микрофотографии 521/1. Сильная междевдритная ликва¬
ция четко проявляется благодаря светлым ферритным областям.
Как и на микрофотографии 521/1, несколько выравнены
границы между у-зернами; светлая граница зерна иногда пересе¬
кает конец дендритной ветки.
521/3. Деталь структуры области, соседней с предыдущей
(ф. 521/2). Ферритная кромка окружает дендрит. Небольшое
количество игольчатого феррита появляется вокруг сферических
силикатных включений в чистых дендритных осях.
521/4. Область, соседняя с показанной на микрофотографии
521/3. В темных дендритных осях и в непосредственной близости
от них находятся круглые силикатные включения, которые иногда
окружены ферритом. Сульфидные включения имеются в светлых
ферритных зонах с сильной ликвацией и с резко очерченным во¬
гнутым контуром.
521/5. Продольное сечение кромки фронта затвердевания на
расстоянии приблизительно 20 мм от вершины столбчатых кри¬
сталлов (см. ф. 518/1). Междендритные пространства, параллель¬
ные фронту затвердевания, здесь полые; так возникают микро¬
раковины.
521/6. Деталь структуры микрораковины, видной на микро¬
фотографии 521/5; черные области окружены либо светлым (обога¬
щенный примесями перлит), либо темным пространством (обога¬
щенный примесями феррит).
521/7. Тот же образец с островками обогащенного примесями
феррита, содержащий сульфидные включения. Темная основа
состоит из перлита.
Слитый 4-т слиток из среднеуглеродистой стали (см.
ф. 518/1).
522/1. Сечение по касательной к фронту затвердевания. Оно
проходит через два дендрита одинаковой кристаллографической
ориентации. Дендритные оси — темные, ликвационные области
светлые. Темный фон — это месторасположение слитого расплава.
Видны отдельные круглые сульфидные включения в областях
ликвации.
522/2. Другой участок этого же образца; показаны два ден¬
дрита с одинаковым направлением роста (100), но разориентиро-
ванные в плоскости шлифа. Они соприкасаются на границе
у-зерна, где имеется ферритная сетка. Между этими двумя ден¬
дритами — остатки задержанного шлака.
522/3. Часть дендрита, изображенного на микрофотографии
519/1. Дендритные оси темные и неотчетливые (первичная кри¬
сталлизация), междендритные пространства светлые. Феррит
(третичная кристаллизация) — светлый с четким контуром.
522/4. Сечение, параллельное показанному на микрофотогра¬
фии 522/1, но проходит через полностью затвердевшую область
(см. ф. 521/2). Дендритные оси темные и ликвационные области
светлые. Отчетливо видны светлые ферритные пятна и светлая
ферритная сетка, которая окружает дендриты различной ориен¬
тации.
522/5. Часть одного из дендритов, изображенных на микро¬
фотографии 522/4. Элементы первичной структуры имеют неясный
контур, а четкий контур соответствует ферриту (белый) и включе¬
ниям: круглым силикатным включениям вблизи дендритных осей
и круглым сульфидным включениям в светлых ликвационных
областях.
522/6. Область, смежная с показанной на микрофотографии
522/5. Видны: зона вблизи дендритной оси, белые ферритные иглы
с четким контуром на окрашенном перлитном фоне, круглые, ча¬
стично кристаллизованные силикатные включения со светлыми
сульфидными зернами на краях.
5-zn слиток, слитый из донной части через 22 мин после
окончания разливки (см. ф. 503). Участок на половине высоты
продольного сечения. Головная часть вверху, поверхность
слитка — слева.
523/1. Фронт затвердевания (справа) на толщине более чем
30 мм рыхлый, содержит выстроенные в ряд микрораковины.
По этим каналам, которые связаны с сердцевиной слитка, расплав
вытекает при сливе слитка.
523/2. Образец, аналогичный предыдущему. Благодаря трав¬
лению видны три классические зоны кристаллизации. Слиток был
слит после образования зоны столбчатых кристаллов. Слева мно¬
гочисленные контуры следуют параллельно поверхности слитка.
Справа некоторые косо идущие каналы, видимые на микрофото¬
графии 523/1, заполнены обогащенным примесями металлом (свет¬
лым).
523/3. Продольное сечение того же слитка, крайняя донная
часть. Дендриты полностью окружены светлой сеткой обогащен¬
ного примесями металла. Нижний край слитка находится в ниж¬
ней части снимка.
523/4. Продольный шлиф того же слитка на половине высоты;
сторона изложницы — вверху, головная часть слитка — слева.
Фронт затвердевания неровный. Микрораковины (черные) свя¬
заны с сердцевиной слитка каналами с очень зубчатым контуром.
Зона равноосных кристаллов, которая образует фронт затвердева¬
ния, отделена от зоны столбчатых кристаллов слоем мелких ден¬
дритов.
Слитый 5-zn слиток из среднеуглеродистой стали (см. ф. 523).
Поперечное сечение.
524/1. Угол сечения головной четверти слитка. Зона с разо-
риентированными дендритами занимает больше половины затвер¬
девшей корки. Толщина фронта затвердевания довольно значи¬
тельна.
524/2. Серный отпечаток в натуральную величину. Дендрит¬
ные оси светлые.
524/3. Угол слитка на половине его высоты. Число равно¬
осных дендритов меньше, чем в головной части, фронт затвердева¬
ния менее пористый.
524/4. Серный отпечаток в натуральную величину. Зона
столбчатых кристаллов значительно больше, чем на микрофото¬
графии 524/2. Размытые контуры затвердевания параллельны
поверхности слитка.
524/5. Угол сечения донной четверти того же слитка. Кон¬
туры, которые следуют параллельно поверхности слитка, видны
лучше, чем на шлифе средней части (ф. 524/3). Зона столбчатых
кристаллов более четкая, чем на микрофотографиях 523/1 и 3
и даже содержит в правом углу сетку металла, обогащенного
примесями (см. также ф. 531/3).
524/6. Серный отпечаток предыдущего образца в натураль¬
ную величину. Отчетливо видна ликвационная сетка. В этом
случае трещины не являются междендритными.
ЗАТВЕРДЕВАНИЕ В б- или у-ОБЛАСТИ
525/1. 25-zn слиток из среднеуглеродистой легированной
стали, который разрушился при охлаждении. Литое состояние.
Поверхность излома. C очень мелкими зернами в краевой зоне
слитка (внизу на снимке) соединяются вытянутые (в виде колонны)
зерна, которые представляют собой у-кристаллы.
525/2. Тот же излом, обработанный и полированный Травле¬
ние в реактиве, содержащем медь, выявляет дендриты, которые
мельче, чем на предыдущем снимке. В этой стали кристаллизация
начинается в у-области (см. также ф. 528/3).
525/3. Донная осевая часть 2-т слитка из стали с 5% Cr.
Сифонная разливка; литое состояние. Кристаллизация во время
затвердевания определяется здесь по нечетким протравленным
(темным) дендритам, а у-кристаллизация — по почти непрерыв¬
ной, черной сетке. Зоны протекания указанных процессов пер¬
вичной кристаллизации не всегда совпадают, следовательно,
затвердевание частично происходит в перитектической области.
525/4. Деталь структуры того же образца. Видна черная зуб¬
чатая кайма из очень тонкого перлита вокруг прежних у-зерен на
фоне вторичной структуры (бейнита); в зависимости от содержа¬
ния легирующих элементов кайма состоит из более или менее
темных игл.
525/5. Сляб из спокойной мягкой стали, полученный непре¬
рывной разливкой (см. ф. 512). Литое состояние. Структура
на половине длины радиуса.
Структура из феррита и перлита изображена усеянной точ¬
ками сеткой, которая соответствует первоначальному положению
границ у-зерен. Нечеткая линия, косо пересекающая снимок,
представляет собой границу прежнего б-зерна.
525/6. Другая область этого же образца; здесь также видны
три зоны кристаллизации: прежняя граница у-зерна, выявляемая
по расположению немногочисленных сульфидных включений,
границы у-зерен, которые содержат мелкие выделения, и границы
a-зерен феррита.
1-zn слиток из легированной низкоуглеродистой стали.
Литое состояние. Продольное сечение.
526/1. Наблюдаемая здесь структура является аустенитной.
Вблизи поверхности — толстые столбчатые кристаллы, в центре—
крупные равноосные кристаллы. В зоне крупных равноосных
кристаллов имеется сетка мелких зерен, которая лучше видна на
микрофотографии 526/3.
526/2. Деталь того же сечения, правая часть донной четверти.
Столбчатые у-зерна окрашены в серый цвет различных оттенков,
нечеткость этого рисунка обусловлена родственностью ориента¬
ций у- и a-зерен. Удлиненные у-зерна содержат тонкие дендрит¬
ные оси.
1-zn слиток легированной ниэкоуглеродистой стали, зака¬
ленной в масле при 900° С. Продольное сечение.
526/3. Термообработка повышает четкость изображения у-зе¬
рен. Поскольку a-структура очень измельчена, легче проявляется
б-структура. В донной части слитка дендритные столбчатые кри¬
сталлы примыкают непосредственно к осевой области равноосных
кристаллов. В головной части за ней следует область грубых
дендритов и осевая зона мелких зерен занимает очень ограничен¬
ное пространство.
526/4. Деталь структуры того же сечения, участок — из
донной четверти слитка. Ясно видна дендритная структура.
Ориентированные дендриты следуют за неориентированными, они
уменьшаются в направлении оси слитка.
1-zn слиток из легированной низкоуглеродистой стали (см.
ф. 526), отожженный при 900° C и охлажденный под золой.
Продольное сечение.
527/1. Структура мелкозернистая однородная. Единственной
особенностью является наличие сердцевины, широкой в донной
части и сужающейся в направлении к головной части (см. также
ф. 526/1).
527/2. Деталь структуры донной части слитка. На фоне мел¬
кой зернистой структуры — сетка тонких черных линий, которые
очерчивают зерна, образовавшиеся при затвердевании.
527/3. Деталь структуры донной четверти слитка. Нечеткая
картина, которая уже наблюдалась на микрофотографии 526/1,
51
Вызвана здесь наличием очень мелких öt-зереИ переходной струк¬
туры. Тем не менее, все еще видны у-зерна, возникшие из первич¬
ных й-зереи; границы их образуют темную сетку (ф. 628/3).
527/4. Деталь структуры зоны столбчатых кристаллов (см.
ф. 527/3). Травление выявляет светлые дендритные оси, которые
пересекаются очень тонкой белой линией. Она соответствует гра¬
ницам у-зерен, которые не имеют отношения к структуре затвер¬
девшего металла.
527/5. Часть прежней границы у-зерна, содержащей выделе¬
ния, размер которых увеличен из-за травления. Основа состоит
из феррита и перлита, выравнивания границ зерен не наблюдается.
I-т слиток из легированной малоуглеродистой стали (см.
ф. 527/1), закаленной в масле при 900° С.
528/1. Структура темных столбчатых кристаллов здесь более
отчетлива, чем на микрофотографии 527/1 (из-за уменьшения ко¬
личества а-зерен).
528/2. Структура донной части слитка, показанного на микро¬
фотографии 528/1. Видны прежние границы у-зерен, которые в на¬
правлении оси слитка измельчаются и разориентируются.
528/3. Структура правой донной четверти того же слитка,
а-зерна уже не заметны. Видны только две структурные состав¬
ляющие: у и 6; о прохождении у-кристаллизации свидетельст¬
вуют черные границы зерен; они содержат включения нитрида
алюминия, которые выделились во время первого охлаждения.
Структура d-кристаллизации представлена тонкими, светлыми
дендритными осями, которые проходят через несколько у-зерен.
Изломы в литой стали не являются междендритными, несмотря на
наличие зоны столбчатых кристаллов.
528/4. Деталь структуры, представленной на микрофотогра¬
фии 528/3. На фоне дендритов (й-зерна) можно видеть черные гра¬
ницы зерен (у-зерен), нижние ответвления которых пересекают
дендритные оси.
528/5. Другая деталь той же структуры. Здесь обнаружи¬
вается такое же явление, что и на предыдущей микрофотографии.
Систематическое отсутствие соответствия между зернами Й- и у-фаз
свидетельствует о том, что данная сталь в противоположность
высокоуглеродистой стали (см. ф. 520/4) кристаллизуется в й-об-
ласти.
2-т слиток из аустенитной нержавеющей стали с 18% Cr
и 10% Ni. Литое состояние.
529/1. Продольное сечение от донной части слитка до сочлене¬
ния с прибылью. Длинные кристаллы простираются от поверх¬
ности слитка до сердцевины, содержащей V-образные зоны ликва¬
ции. Две полосы приблизительно на трети радиуса соответствуют
границам дендритной кристаллизации.
529/2. Нижняя часть того же сечения. Столбчатые у-зерна рас¬
тут под прямым углом к поверхности слитка и встречаются друг
с’другом в центральной части. В углах эти зерна изгибаются по
направлению, перпендикулярному к биссектрисе угла самого
крайнего конца донной части.
529/3. Деталь структуры, показанной на микрофотографии
529/1. Донная четверть слитка. Затвердевание в 6-области дает
зону столбчатых кристаллов, которые здесь имеют вид светлых
краевых полос; их ширина составляет треть длины радиуса
слитка. Область равноосных кристаллов, примыкающая к этой
зоне, кажется темнее. Сами дендритные оси едва различимы.
529/4. Продольное сечение ниже границы прибыльной части
слитка. Для структуры ö-кристаллизации объяснение то же, что и
выше, у-структура имеет, кроме столбчатых у-кристаллов, широ¬
кую осевую зону равноосных у-зерен.
КОНТУРЫ ЗАТВЕРДЕВАНИЯ
5-т слиток из закаленной легированной стали, который
растрескался при охлаждении. Литое состояние.
530/1. Серный отпечаток (в натуральную величину) попереч¬
ного сечения участка донной трети вблизи поверхности слитка.
530/2. Та же область после травления кислотой.На межкри¬
сталлитном изломе выявляется зернистая структура. Зона круп¬
ных столбчатых дендритов начинается только на определенном
расстоянии от поверхности.
530/3. Та же область после травления реактивом, содержащим
медь. Ориентированные дендриты в соприкосновении со стенкой
изложницы очень мелкие, а по мере приближения к центру слитка
становятся длиннее (см. ф. 530/2). Параллельно поверхности рас¬
положен ряд контуров. На нижнем крае образца, снятого газовой
резкой, имеются черные полосы, которые представляют собой
зону превращения A3 — A1.
530/4. Деталь области, показанной на микрофотографии
530/3. Видно хорошо очерченное у-зерно с характерной дендрит¬
ной ориентацией.
52
S-т Слитбк из й ыСО коуг л еро диетой стали (№ 217). Попереч¬
ное сечение области на глубине 25 мм от поверхности.
530/5. Эта зона с очень мелкими «отбеленными» зернами
(0,3 мм). За ней следует зона столбчатых кристаллов. В верхней
части микрофотографии видны подкорковые пузыри, частично
заполненные претерпевшим ликвацию металлом (белый контур).
В направлении к донной части заметен темный контур, параллель¬
ный поверхности слитка (см. ф. 531/4).
531/1. Такой же образец, что и на микрофотографии 530/3.
Область у-зерна с характерным для дендритов направлением,
граница зерен содержит мелкие трещины.
531/2. Тот же образец. Мелкие трещины ограничивают преж¬
ние аустенитные зерна. На основном фоне различимы следы ден¬
дритов.
531/3. 5-т слиток, показанный на микрофотографии 503/2.
Деталь микрофотографии 524/5. Показаны некоторые особенности
затвердевания. Подкорковые пузыри, которые частично запол¬
нены металлом, претерпевшим ликвацию; контуры, параллель¬
ные поверхности слитка, тонкие белые иглы из металла, претер¬
певшего ликвацию в точках, где пересекаются столбчатые кри¬
сталлы угла, и наконец, мелкие глобулярные кристаллы, перед
зоной равноосных кристаллов.
531/4. 5-т слиток; та же область,что и на микрофотографии
530/4. Участок, перпендикулярный нижнему темному кон¬
туру. Поверхность слитка вверху. Травление проявляет светлую
сетку прежних границ у-зерен и темные оси й-дендритов. Контур
состоит из утолщений дендритных осей, параллельных светлой
зоне с металлом, в котором прошла сильная ликвация (см. также
ф. 530/5). В области контура ни дендриты, ни у-зерна не стано¬
вятся мельче или многочисленнее.
5-т слиток из нелегированной стали с высоким содержанием
углерода. Продольное сечение донной трети слитка. Область,
граничащая с поверхностью. Литое состояние.
532/1. Область, которая простирается от поверхности на
глубину 30 мм. Подкорковые пузыри связаны с поверхностью,
параллельно которой следуют контуры. Имеется несколько систем
дендритов, незначительно различающихся направлением.
532/2. Деталь структуры, показанной в правой части микро¬
фотографии 532/1. Пузырь, полностью заполненный металлом,
в котором прошла сильная ликвация (светлый), образует мешок
с двойным дном. Многочисленные нечеткие контуры состоят из
утолщений дендритных осей. C приближением к сердцевине слитка
они все более удаляются друг от друга.
532/3. Другая деталь той же структуры. Травление выявляет
темные дендритные оси и междендритные границы (темная сетка)
у-кристаллов, возникших при затвердевании. C развитием за¬
твердевания зерна укрупняются и удлиняются. Кроме того, сече¬
ния некоторых темных дендритных осей образуют контуры, па¬
раллельные поверхности слитка.
533/1. Деталь структуры, показанной на микрофотографии
532/1. Подкорковые пузыри частично заполнены металлом, в ко¬
тором прошла ликвация. Они имеют форму удлиненных капель,
которые суживаются к стенке изложницы. Пузыри часто оказы¬
ваются связанными с поверхностью слитка и поэтому еще до
окончания затвердевания окисляются.
533/2. Деталь предыдущей структуры (ф. 533/1). Показана
величина у-зерен вблизи поверхности слитка. Границы зерен
проходят перпендикулярно к стенке газового пузыря, который
граничит со слоем обогащенного примесями металла, образовав¬
шегося из расплава, который просочился через фронт затвердева¬
ния.
Угол заготовки, полученной непрерывной разливкой из
стали, содержащей марганец и кремний.
533/3. Поперечное сечение квадратной заготовки со стороной
70 мм. Здесь снова видны классические зоны кристаллизации,
а также микрораковины в осевой части и контуры па поверхности.
Поскольку положение последних связано с фактической локаль¬
ной скоростью затвердевания, то понятно, что углы заготовки
затвердевают быстрее, чем стороны.
5-т слиток из нелегированной стали с высоким содержанием
углерода (№ 227). Поперечное сечение донной четверти слитка.
533/4. Сечение от поверхности до половины длины радиуса
слитка. Относительно холодный расплав. Зона столбчатых кри¬
сталлов едва заметна, вместо нее видна зона с короткими, плохо
развитыми дендритами, за которыми следует зона равноосных
дендритов, предшествующая зоне глобулярных кристаллов.
533/5. Часть осевого сечения, показанного на микрофотогра¬
фии 533/4. Здесь зерна мельче.
Небольшой 225-кг слиток, разлитый сверху с надставкой
(сталь № 256).
534/1. Половина поперечного сечения головной четверти
слитка. Равномерная широкая зона столбчатых кристаллов. Она
круто обрывается, и за ней идет тонкий слой равноосных кристал¬
лов. Сердцевина слитка заполнена глобулярными кристаллами со
светлыми пятнами металла, претерпевшего ликвацию. После
полировки и травления выявляется несколько прямых темных
линий, которые пересекают весь снимок — это результат дефор¬
мации, вызванной резанием. Травители, содержащие медь, выяв¬
ляют также локальные деформации.
534/2. Половина поперечного сечения донной четверти того же
слитка. Зона столбчатых кристаллов несколько шире, а глобу¬
лярные кристаллы в сердцевине немного мельче, чем в головной
части. Параллельно поверхности слитка следуют отдельные кон¬
туры, незаметные в головной части. Они соответствуют определен¬
ным положениям фронта затвердевания.
ДЕНДРИТЫ И ТЕМНЫЕ ЛИКВАЦИОННЫЕ ПОЛОСЫ
535/1. 5-т слиток из среднеуглеродистой стали (ф. 503/2).
Зона столбчатых кристаллов в нижней трети слитка. Донная
часть слитка на снимке внизу.
Отдельные равноосные неориентированные дендриты заклю¬
чены между столбчатыми крш _лами. Последние наклонены
в направлении центра головной части слитка. В направлении оси
слитка появляются равноосные зерна, самые крупные — на
границе с зоной столбчатой кристаллизации и мелкие — ближе
к центру. Вдоль поверхности слитка (слева) проходят отдельные
контуры затвердевания.
Слиток, показанный на микрофотографии 578,1. Зона столб¬
чатых кристаллов.
535/2. Круглые, сложные включения на силикатной основе
окружены светлой ферритной каймой. Во время охлаждения
в этих включениях возникает несколько фаз: большой дендрит¬
ный кристалл и иглы из силико-алюмината, а также светлые капли
сульфида.
535/3. Область, смежная с показанной на микрофотографии
535/2. Комплексное силикатное включение, которое частично
кристаллизуется в виде палочек силиката марганца и содержит
светлые сульфидные шарики на окружности. Основа из феррита
и перлита.
535/4. Область, смежная с показанной на микрофотографии
535/2. Большое, круглое силикатное включение содержит круп¬
ный, многогранный кристалл сложного алюмината, иглы сили¬
ката марганца и на границе — светлые сульфидные шарики.
Наверху мелкие круглые силикатные и сульфидные включения.
Светлый феррит на темной перлитной основе — п оси дендрита.
535/5. 3,5-т слиток из среднеуглеродистой стали (ф. 541/1).
Продольное сечение области, граничащей с прибыльной частью.
После травления реактивом, содержащим медь, и просачива¬
ния раствора выявляются пористые области по черным точкам,
особенно в темных ликвационных полосах и в оси слитка (правая
треть микрофотографии).
2,5-т слиток из среднеуглеродистой стали (№ 216). Сифон¬
ная разливка с экзотермической прибыльной надставкой.
536/1. Продольное осевое сечение. Травление реактивом, со¬
держащим медь, выявляет мелкозернистую литую структуру, ко¬
торая при данном увеличении видна плохо. Очень плоская при¬
быльная часть имеет чрезвычайно маленькую усадочную рако¬
вину. В верхней трети слитка видно несколько V-образных зон
ликвации и темных полос.
536/2. Правая часть сечения, показанного на предыдущей
микрофотографии. Середина высоты слитка. Головная часть
слитка слева. Мелкие столбчатые кристаллы растут от стенки
изложницы (верхняя часть фотографии); в сердцевине слитка
видны V-образные зоны ликвации (нижняя часть фотографии).
Между зоной столбчатых кристаллов на поверхности слитка и
осевой зоной равноосных кристаллов находится слой ориентиро¬
ванных кристаллов. Эго — начало конического кольца столбча¬
тых кристаллов, которое уширяется к головной части слитка.
Кольцо столбчатых кристаллов содержит большие дендриты и
отделено от классической зоны столбчатых кристаллов мелкими
равноосными кристаллами (см. ф. 540).
536/3. Левая часть сечення, показанного на микрофотографии
536/1, на расстоянии 15% от донной части слитка. Головная часть
слитка слева.
Начиная от поверхности, различают четыре зоны кристалли¬
зации: зону мелких кристаллов; зону столбчатых кристаллов
толщиной приблизительно 50 мм\ очень узкую зону равноосных
кристаллов и зону глобулярных кристаллов, простирающихся
до оси слитка.
2,5-т слиток, подобный показанному на микрофото¬
графии 536/1.
537/1. Уменьшенный серный отпечаток полного сечения
слитка. Области, содержащие сульфидные включения, кажутся
1342
темными, например, темные Полосы в ГОЛОВНОЙ части, А-образные
зоны ликвации в донной части и V-образные зоны ликвации
в осевой части слитка. Последние — периодические и пронизы¬
вают конические области, которые содержат серы меньше, чем
соседние (см. подробности на микрофотографиях 539 и 540).
537/2. Деталь предыдущей структуры. Область, лежащая
непосредственно под усадочной раковиной. Крупные, немного
вытянутые дендриты сходятся в направлении усадочной рако¬
вины. Остальные дендриты являются равноосными. В противо¬
положность тому, что показано на микрофотографиях 519 и 520,
дендритные оси пересечены здесь наклонно.
537/3. Другая деталь той же структуры. Сечение на половине
высоты слитка и на половине радиуса. Ось слитка находится в пра¬
вой части снимка. За зоной столбчатых кристаллов слева следуют
равноосные кристаллы, которые увеличиваются в направлении
головной части. Осевая зона глобулярных кристаллов очень
большая в донной части, уменьшается к головной части и исче¬
зает на половине высоты слитка.
2,5-т слиток из среднеуглеродистой стали (см. ф. 536/1).
Продольное сечение.
538/1. Осевая зона в головной трети слитка. Левая сторона
снимка пересечена прожилками А-образных ликвационных зон.
Ось слитка содержит V-образные ликвационные зоны.
538/2. Деталь структуры осевых V-образных ликваций, по¬
казанных на предыдущей микрофотографии. Эта область кажется
светлее основы из равноосных дендритов. Нижние V-образные
зоны ликвации окаймлены черными усадочными раковинами.
Выше находятся две другие зоны ликвации, но без усадочных
раковин и трещин.
538/3. Деталь структуры А-образной зоны ликвации (темная
полоса, см. ф. 538/1). Темная полоса находится здесь между зо¬
нами столбчатых и равноосных кристаллов. Внешний край этой
полосы темный, т. е. он менее легирован, чем внутренний свет¬
лый край. Переход между ними резкий. Это характерно для всех
А-образных ликвационных зон (см. ф. 536/1; 537/1; 548/6; 577/3, 7;
см., однако, ф. 581/8 и 651).
Длинные дендриты пересекают темные ликвационные полосы
и несколько видоизменяют их. Небольшие дендриты либо оста¬
навливаются, либо начинаются у этих полос.
539. Серный отпечаток (0,8 натуральной величины) донной
части слитка, показанного на микрофотографии 537/1. Ось слитка
горизонтальна. Сторона изложницы внизу, основание изложницы
справа.
Зона столбчатых кристаллов толщиной 50jhλ< образовалась на
!поверхности соприкосновения со стенкой изложцицы.
При сифонной разливке эта зона в месте, где лоступает жид¬
кий металл, смещается вправо в результате увеличения зоны
очень мелких зерен.
Белая полоса в виде фигурной скобки, которая идет вдоль
донной части слитка — это тонкая жесть, положенная перед раз¬
ливкой на дно изложницы.
На остальной части снимка видна масса очень мелких глобу¬
лярных кристаллов, которые отделены от зоны столбчатых кри¬
сталлов только небольшим количеством дендритов, ориентация
которых напоминает А-образную зону ликвации; эта область,
в которой и происходит такая ликвация.
540. Серный отпечаток правой средней части верхней трети
слитка, показанного на микрофотографии 537/1, 0,8 натуральной
величины. Ось слитка направлена горизонтально, головная часть
находится слева. Области, содержащие сульфидные включения,
кажутся темными.
Начиная от верхней части фотографии, на поверхности сопри¬
косновения с изложницей находится зона довольно мелких столб¬
чатых кристаллов толщиной 40 мм, затем — область очень мел¬
ких равноосных дендритов толщиной 50 мм. Далее следует слой
крупных столбчатых кристаллов, которые длиннее и с менее выра¬
женной ориентировкой, чем первые. Этот слой пересекается тем¬
ной полосой; наконец, зоны очень крупных равноосных зерен,
•содержащих осевую V-образную зону ликвации с микроракови¬
ной (темная область).
Отдельные очень крупные дендриты пересекают темную по¬
лосу.
Со стороны стенки изложницы градиент Концентрации серы
в темной полосе очень резкий, а в направлении к центру слитка
он становится плавным. Осевые V-образные зоны ликвации содер¬
жат области (более бледные на отпечатке) с низкой концентрацией
серы.
541/1. 3,5- т слиток из среднеуглеродистой стали (№228).
Область на высоте прибыльной части и на половине длины ра¬
диуса слитка. Ось слитка горизонтальна, донная часть справа.
53
В нижней части микрофотографии зона столбчатых кристал¬
лов вдоль стенки изложницы ограничена слоем очень мелких
дендритов. Следующий слой содержит длинные ориентированные
дендриты. К ним присоединяется область глобулярных кристал¬
лов с несколькими темными полосами. Каждая темная полоса со
стороны слитка состоит из полоски почти чистого металла и при¬
мыкающей к ней полоски металла, сильно обогащенного приме¬
сями (светлая), концентрация которых уменьшается к осевой
части. Справа на снимке видны короткие темные ликвационные
полосы.
В направлении оси слитка (верхняя часть микрофотографии)
находятся довольно крупные равноосные дендриты (см. ф. 542/1).
Пористость заметна на микрофотографии 535/5.
541/2. Осевая зона на 2/3 высоты слитка. Ось слитка верти¬
кальна, донная часть внизу. Пример V-образной кристаллизации
без трещин и без образования V-образной зоны ликвации. Мелкие
столбчатые дендриты (нижняя часть снимка) образуют кольцо,
внутри которого находятся очень мелкие дендриты (верхняя
часть микрофотографии) — это след V-образной седиментации.
Нижняя область усеяна мелкими, беспорядочными ликвацион-
ными зонами.
542/1. Середина головной части слитка, показанного на
микрофотографии 541/1. Ось слитка горизонтальна, донная часть
справа. Пример периодической V-образной кристаллизации
с ликвацией. Область крупных дендритов (слева) накладывается
на V-образную зону дендритов средних размеров. Белые пятна
представляют собой осевую зону ликвации с несколькими макро¬
раковинами (см. также ф. 538/1 с V-образными трещинами).
542/2. Осевая зона того же слитка на расстоянии 2∕3 высоты,
область между частями, показанными на микрофотографиях
541/2 и 542/1. Ось слитка горизонтальна, донная часть справа.
Область с дендритами средней величины, показанная выше
(ф. 542/1), находится в левой части снимка. Она содержит отдель¬
ные ликвации (светлые беспорядочные пятна) и продолжается
в направлении донной части слитка, причем размер дендритов
постепенно уменьшается.
В этой же области мелких кристаллов имеются ликвацион¬
ные зоны в виде цветных V-образных прожилок.
543. 3,5-zn слиток из среднеуглеродистой стали. Осевая
зона (см. ф. 541/1) на половине высоты слитка ниже области, по¬
казанной на микрофотографии 541/2. Ось слитка горизонтальна,
донная часть справа.
Зона равноосных дендритов, которая на микрофотографии
541/2 расположена внизу, здесь находится слева; видны ликва¬
ционные пятна, содержащие микрораковины. На границе области
и следующего за ней V-образного слоя мелких глобулярных зерен
находится несколько длинных изогнутых дендритов.
40- т литой стальной валок (сталь № 229). Излом.
544/1. Общий вид излома в непосредственной близости от
бочки прокатного валка (поверхность отливки). Видны парал¬
лельные жилки в направлении к центру отливки — это темные
ликвационные полосы.
544/2. Деталь структуры излома. На мелкозернистом фоне
видны раковины, следующие вдоль темной полосы, в которой
можно различить отдельные пустоты.
544/3. Шлиф проходит через темные полосы, в которых после
травления выявляются утолщенные дендритные оси. Отдельные
мелкие дендриты видны еще выше темных полос. Между дендрит¬
ными осями находятся темные микрораковины (в центре правой
темной полосы), которые более четко видны на микрофотографии
545/1. Их контур, всегда неровный, придает излому пористый
вид, как на микрофотографии 544/2.
544/4. Поперечное сечение двух темных полос, смежных с опи¬
санными выше. Ось валка в нижней части снимка. Сечение темных
полос почти круглое, некоторые из дендритов переходят в темную
полосу в направлении оси.
544/5. Сечение на 6 мм ниже предыдущего. Снова видны обе
темные ликвационные полосы, однако отдельные дендриты видо¬
изменились, сохранилось лишь их общее направление.
545/1. Деталь продольного сечения излома, показанного на
микрофотографии 544/1. Область, перпендикулярная к темной
полосе. Ось отливки горизонтальна и находится в нижней части
микрофотографии.
Дендритные оси кажутся темными на фоне металла, претер¬
певшего ликвацию. Содержание примесей в этом металле резко
возрастает у стенки изложницы и постепенно снижается в на¬
правлении оси отливки. Темная полоса содержит собственные
дендриты, некоторые из них, однако, выходят за пределы полосы.
Между темными дендритными осями находится небольшое число
темных, изогнутых микрораковин (см. ф. 546/1 и 547/3).
545/2. Деталь структуры, показанной на микрофотографии
545/1. Ликвационные зоны содержат светлые, часто крупные
54
Карбидные включения (см.ф. 565/7.); некоторые из них являются
продолжением черных микрораковин (см. ф. 521/7. для феррита).
Эти карбиды окружены серыми, полыми и многоугольными суль¬
фидными включениями. Основа состоит из мелкого перлита с не¬
большим количеством игольчатых карбидов.
545/3. 5-zn слиток из среднеуглеродистой стали (см. ф. 504/2).
Продольное сечение на половине высоты и на половине длины ра¬
диуса; головная часть наверху. Слой равноосных кристаллов,
который содержит темную полосу, отделяет конец зоны столбча¬
тых кристаллов (справа) от осевой зоны с мелкими глобулярными
зернами (слева). Отдельные крупные изолированные равноосные
кристаллы находятся в кольцевой области, концентричной оси
слитка.
545/4. 10-zn поковка из легированной стали со средним
содержанием углерода. Продольное сечение. При этом увели¬
чении кристаллизация плохо различима, однако в целом видна
типичная картина ликвации в объеме слитка. В основании слитка
находится коническая область с вершиной в направлении голов¬
ной части, где химический анализ указывает на отрицательную
ликвацию. В осевой части имеются V-образные зоны ликвации,
которые иногда сопровождаются пористостью, в кольцевой зоне —
темные полосы и А образные зоны ликвации.
ТРЕЩИНЫ, МИКРОРАКОВИНЫ
125-т слиток из среднеуглеродистой нелегированной стали
(№ 230). Сечение ниже прибыльной части. Литое состояние.
546/1. Структура затвердевшей осевой части слитка. Дендрит¬
ные оси темные. В междендритных ликвационных зонах (светлых)
появляются мелкие микрораковины (темные).
546/2. Деталь структуры того же образца. Дендритные оси
в перлитной основе окрашены в серый цвет различных оттенков.
Ликвационные области после травления остаются светлыми, по¬
этому становятся видимыми сульфидные включения.
546/3. Деталь структуры того же образца. Показаны суль¬
фидные включения в форме якоря.
546/4. Вторичная структура, состоящая из перлита и иголь¬
чатого феррита вблизи поверхности сечения, показанного на мик¬
рофотографии 546/1.
546/5. Средняя часть сечения, показанного на микрофотогра¬
фии 546/1. Эта структура полностью перлитная и содержит больше
углерода, чем периферия слитка (см. ф. 546/4), что обусловлено
макроликвацией.
112-zn слиток из среднеуглеродистой легированной стали
(№ 231). Сечение ниже прибыльной части, на расстоянии 70% от
донной части. Образцы закалены при 870° C в масле.
546/6. Область на половине радиуса. На фоне мелких дендри¬
тов выделяются круглые ликвационные области, представляющие
собой поперечное сечение темных ликвационных полос. Ось
слитка —справа внизу, вне снимка.
546/7. Деталь темной полосы той же структуры. В светлых ли¬
квационных пятнах только угадываются дендриты и мелкие
трещины (ликвация трещин).
546/8. Деталь предыдущей структуры. Область без ликвации.
Видна бейнитная структура с более или менее темными иглами на
светлой мартенситной основе.
546/9. Деталь структуры одного из бедных ликвационных пя¬
тен, показанных на микрофотографии 546/7. Эта ликвационная
область обладает большей твердостью, чем рассмотренная выше
(ф. 546/8) и на богатой мартенситом основе содержит серые суль¬
фидные включения и мелкие трещины.
Сляб, полученный способом непрерывной разливки из мяг¬
кой, спокойной стали (см. ф. 512). Литое состояние.
547/1. Поперечное сечение на половине длины радиуса сляба.
За 6-зернами следуют у-зерна и, наконец, структура из феррита
и перлита, образующая нерегулярные, параллельные полосы,
напоминающие дендритные ветви. Разнообразие видов феррита
является причиной того, что границы зерен имеют неправильную
форму.
547/2. То же сечение, но с большей ликвацией. Распределение
перлита очень неравномерно. Светлая ферритная основа усеяна
включениями.
547/3. Деталь предыдущей структуры. Нанизанные друг на
друга темные микрораковины с вогнутым контуром, а также свет¬
лые сульфидные включения образуют сетку по границам зерен.
Во время охлаждения эта сетка препятствует перемещению гра¬
ниц зерна. Здесь 6-зерно сменяется у-зерном и, наконец, зерном
феррита с островком перлита.
2,7-zn слиток из среднеуглеродистой легированной стали
(№ 233). Сечение на 100 мм ниже прибыльной части. Осевая зона
ликвации. Литое состояние.
547/4. Значительное количество перлита указывает на макро¬
ликвацию углерода. Микроликвация фосфора и серы в межден¬
дритных пространствах становится заметной в белых ферритных
кромках, которые окружают сетку сульфидных включений.
547/5, 6. Две детали предыдущей структуры; здесь видно
межкристаллическое распределение сульфидных включений на
светлой ферритной основе.
547/7. Деталь структуры, показанной на микрофотографии
517/6. Междендритная область. Легкое травление позволяет опре¬
делить точное положение сульфидных скоплений, а также их осо¬
бую форму, обусловленную присадкой алюминия в расплаве
(см. также ф. 565/8).
547/8. Область, смежная с предыдущей, после легкого травле¬
ния. Вблизи дендритных осей находятся включения глинозема,
окруженные почти игольчатым ферритом. Включения кристалли¬
зуются до затвердевания слитка.
Заготовка, полученная способом непрерывной разливки
(см. ф. 515/3). Осевое продольное сечение.
548/1. Косое освещение (темное поле). В осевой зоне равно¬
осных кристаллов видны V-образные ликвации; эта зона примы¬
кает к зоне столбчатых кристаллов (верхняя часть снимка).
Дендритные оси светлые.
, 548/2. Та же область и то же травление, но освещение светло¬
польное. Дендритные оси темные, ликвационные области светлые,
микрораковины черные. Этот метод исследования позволяет
отличать ликвацию от других видов физической неоднородности
(трещин, микрораковин, изломов, газовых пузырей).
600-кг слиток из среднеуглеродистой стали, закаливающейся
на воздухе.
548/3. Область осевой зоны на половине продольного сечения.
Литое состояние. Дендриты из относительно чистого металла
кажутся серыми. Светлые междендритные пространства содержат
усадочные раковины (маленькие черные области).
548/4. Такая же сталь. Литое состояние. В междендритном
пространстве с сильной ликвацией видна довольно широкая вну-
трения трещина.
548/5. 500-кг слиток из высокоуглеродистой стали. Про¬
дольное сечение. Область на половине высоты слитка; головная
часть вверху.
Этот небольшой слиток очень быстро охладился, поэтому
при затвердевании образовались очень мелкие зерна. Так как
высокоуглеродистая сталь подвержена большой усадке, в ней
появляются V-образные зоны ликвации (черные). Некоторые из
них сопровождаются микрораковинами и трещинами.
ГАЗОВЫЕ ПУЗЫРИ
549/1. 75-кг слиток из быстрорежущей стали. Внешний вид.
На гладкой поверхности слитка много газовых пузырей, появле¬
ние которых вызвано выделением водорода во время затвердева¬
ния.
549/2. Сечение на половине высоты слитка; видно круговое
расположение пузырей. Некоторые из них выходят на поверхность.
Плоские очертания стенок газовых пузырей, обращенных к серд¬
цевине слитка, обусловлена повышенным давлением в момент
затвердевания головной части слитка.
549/3. 2-т слиток из спокойной легированной стали. Сече¬
ние на половине высоты слитка. Видны многочисленные газовые
пузыри. Выделение водорода, которое длится до конца затверде¬
вания, приводит к образованию газовых пузырей по диагонали
слитка.
549/4. Слиток бутылочного типа (см. ф. 561/Р). Поперечное
сечение головной части слитка от боковой поверхности до поло¬
вины длины радиуса. Ликвация в корке (верх микрофотографии)
незначительна. В ядре слитка содержатся газовые пузыри (свет¬
лые) и ликвации (темные точки). Правая часть пузыря заполнена
металлом, претерпевшим ликвацию.
549/5. 5-zn слиток из мягкой полуспокойной стали (№ 234).
Продольное сечение. В головной части — подкорковые пузыри,
что характерно для подобных слитков. Гриб, выступающий над
головной частью, имеет тот же объем, что и осевая усадочная
раковина. Видны отдельные осевые V-образные усадочные рако¬
вины.
5-zn слиток из очень мягкой кипящей стали, дегазированной
в ковше (№ 235).
550/1. Продольное сечение головной части слитка; видна
большая усадочная раковина, которая пересекается твердыми
мостиками и пересыщена газовыми пузырями. В осевой части
слитка — небольшие вторичные усадочные раковины. Подкор¬
ковые пузыри отсутствуют, за исключением мест контакта слитка
с основанием изложницы (ср. ф. 551/2).
550/2. Деталь той же структуры. После затвердевания корки
на несколько сантиметров появляется усадочная раковина, раз¬
витие которой тормозится выделением газа (ромбовидная усадоч¬
ная раковина в верхнем левом углу). Затем образуется ряд пузы¬
рей; все они ориентированы в направлении еще жидкого металла.
Так как количество газа недостаточно, чтобы выровнять усадку
металла, образуется глубокая усадочная раковина, пересекаю¬
щаяся твердыми мостиками; некоторые мостики разрушены. Га¬
зовые пузыри вскрываются под ними (ср. ф. 551/1). Травление
реактивом, содержащим медь, в очень мягких сталях выявляет
в первую очередь ферритную структуру; однако можно разли¬
чить и зону столбчатых кристаллов, и белые ликвационные
полосы — это следы пузырьков газа, которые поднимались
между полостями газовых пузырей.
551/1. Общий вид продольного шлифа головной части слитка
после полировки. Верхняя часть усадочной раковины разделена
твердыми мостиками сверху гладкими, а снизу усеянными мел¬
кими наростами. Два мостика растрескались при затвердевании.
Газовые пузыри выходят к их нижнему краю. Нижняя часть уса¬
дочной раковины гладкая и не содержит газовых пузырей.
551/2. Донная часть того же слитка. Ось слитка горизон¬
тальна. Показаны направленная первичная кристаллизация и
контуры затвердевания, которые видимы со стороны струи ме¬
талла (на снимке вверху более отчетливо) и лежат ближе друг
к другу. Видны также очень мелкие подкорковые пузыри в месте
контакта слитка с основанием изложницы.
551 /3. 5-zn слиток из среднеуглеродистой стали, разлитой
без прибыльной надставки. Нижняя треть продольного сечения.
Ось слитка горизонтальна.
Верхняя светлая часть — полированный и протравленный
продольный шлиф. Нижняя часть — необработанная поверх¬
ность слитка. Изолированные участки шлака, заключенные между
жидким металлом и изложницей, образуют накипь на поверх¬
ности. Замедленное охлаждение в этих участках поверхности
дает более тонкий слой застывшего металла, как показывают кон¬
туры затвердевания на полированной поверхности. Этот слой
стали разрушен и имеет трещину (также видимую на полирован¬
ной поверхности).
551/4. Тот же слиток; продольное сечение, донная четверть.
Ось слитка вертикальна.
Слева — гладкая часть, полированный продольный шлиф;
справа — глубокая часть, поверхность слитка. Видны мелкие под¬
корковые пузыри; некоторые из них поднимаются на поверхность
и окисляются. Поверхность слитка может быть очищена путем
выдержки в нагревательном колодце.
СТРУКТУРА кипящих слитков
Квадратный 5-zn слиток из кипящей стали сифонной раз¬
ливки (№ 236).
552/1. Непротравленный продольный шлиф. Подкорковые
пузыри простираются от донной части до половины высоты слитка.
На половине длины радиуса находится внутреннее кольцо пузы¬
рей, которое прерывается в нижней трети слитка. В донной части
одновременно находятся усадочные раковины с зубчатым конту¬
ром (результат сифонной разливки) и газовые пузыри с гладким
контуром. В головной части наблюдается некоторый подъем ме¬
талла, обусловленный наклонным расположением надставки.
552/2. Половина непротравленного поперечного шлифа в го¬
ловной четверти, в середине и в донной четверти слитка. Здесь
можно проследить распределение газовых пузырей, видимых
в продольном сечении.
552/3. Серные отпечатки верхней половины головной части,
середины и донной части слитка. Показано распределение суль¬
фидов от краевой зоны до центра слитка.
552/4. Уменьшенный серный отпечаток продольного шлифа
(ф. 552/1). Светлые сульфиды видны плохо. От поверхности до
внутреннего кольца газовых пузырей сернистых включений очень
мало, но в ядре слитка их больше (см. ф. 553/4).
552/5. Серный отпечаток сечения донной четверти слитка
(см. ф. 552/3). Видно довольно равномерное распределение суль¬
фидов на фоне металла с газовыми пузырями.
553/1. Половина поперечного сечения, показанного на микро¬
фотографии 552/2, на половине высоты слитка. Кольцо из подкор¬
ковых пузырей лежит на определенном расстоянии от поверх¬
ности. Внутреннее кольцо пузырей расположено концентрично
первому, и здесь достаточно широкие сероватые «елочки» ликва-
ционных полос связывают оба кольца.
553/2. Серный отпечаток половины сечения предыдущего
образца. Сульфиды концентрируются в осевой зоне на внутрен¬
ней стороне внутреннего кольца пузырей.
55
553/3. Часть иа половине высоты продольного сечения, пока¬
занного на микрофотографии 552/1. Поверхность слитка вверху,
головная часть справа. Пузыри с гладкими, неокисленными до
травления стенками легко завариваются во время прокатки.
После травления появляются газовые микропузыри, которые
в виде полос направлены в сторону затвердевания. Следующие
друг за другом удлиненные газовые пузыри указывают на посте¬
пенное выделение излишков газа вдоль фронта затвердевания.
553/4. Серный отпечаток на половине высоты слитка. Зона
проходит через левую часть внутреннего кольца пузырей. В ле¬
вой части микрофотографии ряды мелких сульфидных включений
параллельны подкорковым пузырям (белым). Внутреннее кольцо
состоит из округлых газовых пузырей; некоторые из них со сто¬
роны оси слитка частично заполнены металлом, претерпевшим
ликвацию.
Сляб, полученный непрерывной разливкой малоуглеродистой
кипящей стали (№ 237). Прямоугольное поперечное сечение
(IX0,20 мм). Литое состояние.
554/1. Непротравленный поперечный шлиф, на котором
видны вытянутые, сильно сжатые подкорковые пузыри на боль¬
шом расстоянии от поверхности. Они окружают внутреннее
кольцо округлых газовых пузырей.
554/2. Серный отпечаток того же шлифа. Сульфиды концен¬
трируются в осевой части сляба, т. е. в очень узкой области.
554/3. Продольное сечение вдоль малой оси сляба. Оси удли¬
ненных газовых пузырей ориентированы наклонно к головной
чйсти; каждому пузырю предшествует ряд микропузырей и микро-
ликвационных зон. Второй ряд удлиненных газовых пузырей
круто обрывается в момент закупоривания сляба. На конце
каждого пузыря имеется утолщение, ограниченное двумя верти¬
кальными плоскостями, что вызвано просачиванием в пузырь
расплава, претерпевшего ликвацию.
554/4. Левая часть сечения, показанного на микрофотографии
554/1; здесь видны различные зоны газовых пузырей (см. также
ф. 551/1).
555/1. Левая часть серного отпечатка, показанного на микро¬
фотографии 554/2. Хорошо видны подкорковые пузыри. В осевой
части сляба пузыри распределены беспорядочно, некоторые из них
заполнены претерпевшим ликвацию металлом. При деформации
металла последние дают ликвационные волокна, тогда как пустые
неокисленные газовые пузыри полностью завариваются.
555/2. Сляб, подобный рассмотренному выше, из стали № 238.
Половина непротравленного поперечного шлифа; здесь показано
иное расположение зоны газовых пузырей. Подкорковые пузыри
находятся ближе к поверхности и зоны ликвации наблюдаются
в значительном объеме металла. Выпуклости газовых пузырей
следуют плоскости, параллельной поверхности, о чем свидетель¬
ствует ориентация острых выступов на стенках газовых пузырей,
обращенных к сердцевине сляба.
Слиток из кипящей стали (№ 239). Продольный излом,
образовавшийся в результате разрыва.
556/1. Поверхностная зона в донной четверти слитка. Сто¬
рона изложницы внизу, головная часть слева. На глубине около
90 мм очень длинные, плотно прилегающие друг к другу газовые
пузыри наклонены к головной части слитка. Слева и справа они
ограничены твердым металлом (см. ф. 571/7).
Слиток из кипящей стали (см. ф. 553).
556/2. Сечение, параллельное поверхности слитка (см.
ф. 553/1), на глубине 40 мм. Удлиненные подкорковые пузыри
имеют круглое поперечное сечение. Эта область похожа на губку
с ориентированными каналами.
556/3. Деталь той же структуры после травления реактивом,
содержащим медь. Между черными округлыми газовыми пузы¬
рями находятся дендриты (дендритные оси—темные).
556/4. Другая область той же структуры. Слабо очерченные
дендритные оси, включения в виде черных точек, перлит в виде
светлых, четко очерченных пятен.
556/5. Продольное сечение между удлиненными газовыми
пузырями. Темные дендритные оси ориентированы в направле¬
нии пузырей.
556/6. Часть изображенной выше области, одновременно
выявляется структура затвердевания (неотчетливые, более или
менее размытые места) и ферритная структура превращения
в твердом состоянии (с перлитом в виде светлых пятен).
Детали поперечного сечения зоны ориентированных газо¬
вых пузырей (см. ф. 556/2).
567/1. Структура стали между тремя газовыми пузырями.
В феррите заметны маленькие черные пятна перлита, которые
часто концентрируются на краях газовых пузырей.
557/2. Деталь структуры перехода газовый пузырь — металл.
Зерна феррита имеют очень неровный контур. Небольшие ост-
56
ровки перлита окаймляют газовые пузыри. Видны отдельные
круглые включения окислов.
557/3. Деталь структуры ферритной основы (см. ф. 557/1).
Некоторые зерна разделены многочисленными границами субзе¬
рен. Встречаются перлит (темный) и третичный цементит (в виде
извилистых линий) редко.
557/4. Слиток бутылочного типа (см. ф. 503/4). Сечение
на половине высоты слитка. Ферритная структура в области
между пузырями. Как и выше, зерна феррита имеют неровный
контур и напоминают дендрит. В ферритной основе содержатся
отдельные темные островки перлита и ряды очень мелких круглых
включений окислов.
557/5. Слиток из среднеуглеродистой стали (см. ф. 533/4).
Продольное сечение головной четверти слитка. Серный отпечаток
поверхности.
В донной части этого слитка содержатся подкорковые пузыри,
иногда заполненные металлом, претерпевшим ликвацию. Серд¬
цевина слитка химически однородна. В расплав добавлено не¬
большое количество раскислителя.
558/1. 4-т слиток из классической кипящей стали без спе¬
циальных присадок (№ 240). Осевое продольное сечение. Пока¬
зано обычное распределение газовых пузырей. Кольцо продол¬
говатых подкорковых пузырей простирается здесь от донной части
до половины высоты слитка. Внутреннее кольцо пузырей кон-
центрично им. В осевой части видны газовые пузыри и усадочные
раковины. Подкорковые пузыри лежат довольно близко к по¬
верхности слитка.
558/2. Серный отпечаток этого слитка, на котором видна лик¬
вация серы во внутреннем кольце пузырей. Металл, поднявшийся
в конце затвердевания, образует «гриб» в головной части слитка.
558/3. Слиток, подобный изображенному на микрофото¬
графии 558/1, но с присадкой лункерита и небольшого коли¬
чества алюминия (сталь № 241).
Структура такая же, как и на микрофотографии 558/1, но
газовые пузыри находятся немного дальше от поверхности.
558/4. Серный отпечаток этого слитка. Объяснения те же,
что и для микрофотографии 558/2.
558/5. 5-т слиток бутылочного типа (сталь № 242). Сифон¬
ная разливка. Продольное сечение. Из-за медленного подъема
расплава пузыри образовались на значительном расстоянии от
поверхности (см. ф. 561/1; слиток, разлитый сверху).
558/6. Серный отпечаток продольного шлифа; отчетливо
видно все внутреннее кольцо пузырей. Чистая поверхностная зона
тоньше, чем в кипящих слитках, и ликвироваиный металл рас¬
пределен более равномерно.
558/7. Слиток бутылочного типа (из стали № 243), анало¬
гичный предыдущему, но разлитый сверху в атмосфере кисло¬
рода. Продольное сечение.
Зона подкорковых пузырей меньше и расположена дальше
от поверхности, чем в слитках, рассмотренных выше.
558/8. Серный отпечаток того же слитка. Объяснения те же,
что и для микрофотографии 558/6.
559. Кипящая сгаль с 0,065% С. Продольное сечение широ¬
кой грани 8-т сляба. Серный отпечаток верхней трети слитка.
Ориентированные кристаллы краевой зоны слитка (слева) с не¬
большим количеством сернистых включений, заметны по следам
в виде колосьев (см. ф. 553; 564/3). За кристаллами краевой зоны
следуетшсерия круглых, выстроенных в ряд пузырей, частично
заполненных расплавом, претерпевшим ликвацию (темным).
После прокатки эти газовые пузыри исчезают и тогда наблю¬
даются соответствующие им ликвационные области (см. ф. 574/3).
В направлении центральной части слитка в зоне с очень вы¬
соким содержанием серы появляется много более крупных сер¬
нистых включений. Большие внутренние газовые пузыри за¬
полнены расплавом, в котором прошла ликвация и содержат
близко расположенные друг к другу сульфидные включения,
которые обусловливают равномерную окраску отпечатка.
560. 5-т слиток бутылочного типа (см. ф. 561/1). Продоль¬
ное сечение.
Серный отпечаток на половине высоты слитка (верхняя часть),
0,8 натуральной величины.
По сравнению с кипящей сталью (см. ф. 559) толщина чистой
краевой зоны (справа, в месте контакта с изложницей) в три раза
меньше, так как здесь затвердевшая корка в головной части
слитка образовалась гораздо раньше. В этой области появляются
удлиненные подкорковые газовые пузыри, так как исследуемый
слой лежит ниже, чем на микрофотографии 559. Металл у стенок
газовых пузырей обогащен серой; это доказывает существование
избыточного давления внутри слитка сразу после закупорива¬
ния.
Затем следует область с равномерно распределенными суль¬
фидными включениями; за ней снова появляются отдельные га¬
зовые пузыри, слегка вытянутые в направлении головной части
слитка. Из некоторых пузырей газ может выделиться, а остав¬
шаяся полоска заполняется жидкостью, претерпевшей ликва¬
цию. Это явление напоминает образование темных ликвационных
полос в спокойных слитках. На половине длины радиуса нахо¬
дятся округлые газовые пузыри (см. ф. 562/3).
5-т слиток бутылочного типа из низкоуглеродистой стали
(№ 244).
561/1. Непротравленный продольный шлиф. Слиток окай¬
млен двумя кольцами газовых пузырей: кольцо подкорковых
удлиненных пузырей простирается от донной части до середины
слитка, за ним следует второе кольцо — из округлых пузырей.
Остальные кольца, состоящие из удлиненных, ориентированных
в направлении головной части газовых пузырей, концентричны
указанным Двум кольцам. В осевой части имеется несколько уса¬
дочных раковин, появление которых обусловлено добавлением
алюминия в изложницу.
561/2. Поперечное сечение верхней четверти слитка. Круг¬
лые пузыри в середине слитка, затем удлиненные, вытянутые
в направлении оси берут начало на внутреннем кольце пузырей.
Краевая зона на значительной глубине свободна от пузы¬
рей.
561/3. Поперечное сечение на половине высоты слитка. Вы¬
тянутых в направлении центра пузырей здесь меньше. Подкор¬
ковые пузыри находятся очень близко к поверхности.
561/4. Поперечное сечение донной четверти слитка. Незна¬
чительное количество внутренних газовых пузырей. Область
подкорковых пузырей начинается близко от поверхности и за¬
канчивается контуром, отвечающим внутреннему кольцу пузы¬
рей, как на микрофотографии 561/3.
561/5. Серный отпечаток образца, показанного на микро¬
фотографии 561/1. Из-за небольшой толщины чистой краевой
зоны ликвационные области остальной части слитка распределены
в большем объеме, чем в других кипящих слитках (см. например,
ф. 552/4).
5-zn слиток бутылочного типа. Детали серного отпечатка,
показанного на микрофотографии 561/5.
562/1. Продольное сечение головной части. Наличие уса¬
дочной раковины в центре головной части свидетельствует о
том, что кипение происходило перед началом затвердевания.
У поверхности находится область чистого металла, затем следуют
сернистые темные полосы, образующие концентрические дуги
(см. ф. 560). Эти дуги пересекают радиально расположенные
внутренние газовые пузыри.
662/2. Половина поперечного сечения четверти головной
части слитка. Между краевой зоной, свободной от сульфидов и
газовых пузырей, и серединой, где есть газовые пузыри, рас¬
пределены удлиненные газовые пузыри, а также темные ликва¬
ционные пятна (см. ф. 549/4 и 560); некоторые зоны ликвации рас¬
положены радиально.
562/3. Продольное сечение на половине высоты слитка.В серд¬
цевине, окруженной слоем подкорковых пузырей (ф. 560), со¬
держатся направленные Л-образные темные полосы и затем зона
со светлыми газовыми пузырями. В самом ядре находятся V-
образные зоны ликвации. Общий характер распределения внут¬
ренних ликвационных зон в области подкорковых пузырей похож
на наблюдаемый в спокойных слитках (см. ф. 583/1 и 595/4).
562/4. Деталь структуры продольного сечения (см. ф. 561/5).
проходящего через край донной части. Ось слитка горизон¬
тальна.
Как и на микрофотографии 560, вытянутые подкорковые
пузыри заканчиваются на полусфере расплава, претерпевшего
ликвацию.
Слиток бутылочного типа (см. ф. 503/4), который был слит
сразу после образования внутреннего кольца газовых пузырей.
563/1. Продольное, а также поперечное сечение головной
четверти, середины и донной четверти слитка. Показана равно¬
мерность затвердевания слитков.
563/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Когда сталь
после окончания разливки поднимается, то она застывает в кон¬
такте с прибыльной надставкой. В результате получается чаша,
поперечное сечение которой имеет два острых выступа.
563/3. Половина поперечного сечения, показанного на микро¬
фотографии 563/1. Слева — сечение головной четверти с газо¬
выми пузырями, многие из которых направлены внутрь слитка,
справа — сечение на половине высоты с двумя рядами газовых
пузырей, которые не достигают центра слитка.
563/4. Продольное сечение угла денной части (см. ф. 563/1).
Чистая область краевой зоны простирается до первого кольца пу¬
зырей. Второе кольцо пузырей заканчивается на выпуклости,
образовавшейся под действием высокого давления, перед опо¬
рожнением слитка.
8 Металлография железа, т. III
563/5. Край головной части слитка (см. ф. 563/1) содержит
один ряд газовых пузырей, направление роста которых не зави¬
сит от силы тяжести. Этому ряду пузырей предшествует ликва-
ционная зона в форме удлиненных колосьев аналогично тому,
что было показано на микрофотографии 553/4.
ЛИКВАЦИЯ
564/1. 4-т слиток из среднеуглеродистой полуспокойной
стали, разлитой без питателя. Часть поперечного сечения через
головную треть слитка. От края слитка к центру видны: краевая
зона со слабой ликвацией и отдельными газовыми пузырями
(некоторые пузыри заполнены металлом, претерпевшим ликва¬
цию —- темные точки), затем ликвационная зона равномерной тол¬
щины (примеси в этой зоне появились из первого слоя, затвердев¬
шего при сильном кипении) и, наконец, ядро со средней ликва¬
цией. Зону столбчатых кристаллов можно определить по светлым
дендритным осям, свободным от сульфидов.
564/2. Деталь структуры серного отпечатка, показанного
на микрофотографии 563/3 на половине высоты слитого слитка
бутылочного типа. От боковой поверхности идут тонкие по¬
лоски (см. ф. 553/3) с сульфидными включениями, они предшест¬
вуют первому кольцу удлиненных газовых пузырей, ориенти¬
рованных перпендикулярно поверхности. Круглые пузыри
второго кольца не достигают внутренней поверхности полого
слитка.
Ликвационные пятна на концах газовых пузырей образуют
несколько концентрических кругов.
564/3. Чугунная изложница емкостью 5 т. Поперечное
сечение верхней части стенки.
На серном отпечатке видно довольно равномерное распре¬
деление многоугольных сульфидных включений (см ф. 571/4);
большая часть их находится в осевой части дендритов. Ориенти¬
рованные дендриты расположены вдоль стенки, а равноосные,
неориентированные — в центре сечения.
ликвация И ДИФФУЗИЯ
Ликвация различных легирующих элементов. Авторадио¬
графия железных сплавов.
565/1. В чистом железе, не содержащем углерода, практи¬
чески отсутствует дендритная ликвация
565/2. То же железо с добавкой 0,40% С: дендритная ликва¬
ция выявляется очень четко, так же, как и в следующих сплавах,
содержащих 0,40% С.
565/3. Сталь с 0,40% C и 0,29% As.
565/4. Сталь с 0,40% C и 1% Sn.
565/5. Сталь с 0,40% C и 0,20% Сг.
565/6. Сталь с 0,40% C и 0,50% Сг.
Ликвация карбидов.
565/7. 200-ка слиток из быстрорежущей стали. Средняя
часть слитка. Очень медленное охлаждение. Литое состояние.
Классическая структура, состоящая из белых эвтектических кар¬
бидов на темной основе феррита и мелких карбидов. Распределе¬
ние карбидов нарушено последующей деформацией и термообра¬
боткой при высокой температуре.
Ликвация серы
565/8. 125-zn слиток из среднеуглеродистой стали с 0,5% Сг.
Сечение на расстоянии 10% от головной части; осевая зона. После
легкого травления на перлитной основе появляется включение
сульфида марганца в форме якоря. Такая форма сульфидного
включения встречается довольно часто (см. ф. 547/7, где содер¬
жание алюминия выше, чем здесь).
Выравнивание ликваций. Авторадиография железных спла¬
вов (0,41% С; 0,091% P; 0,107% As). Литое состояние.
566/1. Слева — авторадиограмма фосфора; справа — авто¬
радиограмма мышьяка для той же области. Отчетливая дендрит¬
ная ликвация.
566/2. Тот же сплав после гомогенизации в течение 15 (ле¬
вый столбец) и 72 ч (правый столбец). Для каждого случая зона
ликвации фосфора расположена наверху, а мышьяка — внизу
(та же область). Ликвация мышьяка исчезает только после 72-ч
выдержки сплава при 1275° С.
Отливка из хромомарганцевоникелевой стали, закалива¬
ющейся на воздухе. Термообработка: 850° С, воздух, 200° С,
воздух.
566/3. Верхняя часть: образец не гомогенизирован, излом
грубозернистый. Нижняя часть: образец после гомогенизации
в течение 4 ч при HOO0 C перед улучшением; излом мелкозерни¬
стый, ударная вязкость выше (на образце перед испытанием дол¬
жен быть сделан надрез).
57
566/4. Деталь структуры образца без гомогенизации (см.
ф. 566/3). Межкристаллитный, покрытый раковинами излом;
кристаллизация частично столбчатая, частично равноосная.
566/5. Излом поковки из среднеуглеродистой стали с ло¬
кальным перегревом и пережогом (на снимке слева вверху).
566/6. Деталь структуры пережженной части поковки
(ф. 566/5). Излом очень грубозернистый. Нагрев при высокой тем¬
пературе может привести к оплавлению границ зерен или по
меньшей мере к их изменению путем окисления или сульфиди¬
рования.
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
5-zn слиток из кипящей среднеуглеродистой стали (№ 221)
недеформированный, но подвергнутый термообработке.
567/1. Зона столбчатых кристаллов, растрескавшаяся
и окисленная в литом состоянии. Нагрев до 900° С, охлаждение на
воздухе. Прежние границы у-зерен, образовавшиеся при затвер¬
девании, можно различить благодаря черной сетке окислов, окру¬
жающей ферритную кромку. Новые границы у-зерен, которые
опознаются по светлой ферритной сетке, заканчиваются под
прямым углом к старым окисленным границам зерен, которые
препятствуют развитию новых границ.
567/2. Область, соседняя с предыдущей, содержит темный
перлит, пронизанный ферритом; феррит кристаллизовался на
шлаковых включениях. Прежние границы зерен здесь окислены
меньше и в нескольких местах пересекаются границами новых
у-зерен.
567/3. Область вблизи показанной на микрофотографии 567/2.
Новые границы у-зерен перпендикулярны к прежним (горизон¬
тально идущие светлые полосы в середине снимка). Не связанные
окислы не являются препятствием для развития новых границ.
567/4. Деталь структуры окисленной границы зерна (см.
ф. 567/1); видна ферритная кромка.
567/5. Поперечный шлиф нерастрескавшейся зоны столбча¬
тых кристаллов (см. ф. 567/1). Литое состояние без последующей
обработки. Структура, сходная с показанной на микрофотогра¬
фии 520/3: каждое у-зерно, образовавшееся при затвердевании,
дендриты одной ориентации (темные оси).
567/6. Часть поперечного шлифа, показанного на микрофо¬
тографии 567/5 после нормализации при 800° C в течение 30 мин
и охлаждения на воздухе. В структуре из феррита и перлита
выделяется черная дендритная ось с тремя силикатными вклю¬
чениями (см. ф. 568/8).
567/7. Тот же образец после нормализации при 950° C в те¬
чение 30 мин и охлаждения на воздухе. В междендритной обла¬
сти зерна мельче, чем в дендритных осях, температура АСа кото¬
рых ниже 950° С.
567/8. Деталь структуры предыдущего образца; содержание
углерода в дендритных осях выше, чем в междендритных про¬
странствах (ф. 585).
568/1. Нормализация при 820° C в течение 30 мин, охлажде¬
ние на воздухе. Обычное травление выявляет очень тонкую смесь
феррита и перлита.
568/2. Та же область. Травление реактивом, содержащим
медь, позволяет выявить дендритные оси (темные). Эти нормали¬
зованные зерна примерно в 100 раз мельче зерен затвердевшего
металла.
568/3. Часть образца из зоны столбчатых кристаллов, на¬
гретого в течение 5 мин с большим температурным градиентом
(слева около 600° C и справа около 1100° С) и закаленного в воде.
Слева — литая структура, аналогичная показанной на микро¬
фотографии 567/5. В средней части снимка структура превраще¬
ния Aci характеризуется резким переходом темной перлитной
основы в светлую мартенситную. В правой части переход Ac*.
Определяется по исчезновению темной ферритной сетки. Основа
структуры содержит темные дендритные оси.
568/4. Структура в непосредственной близости от плоскости
поперечного среза зоны столбчатых кристаллов (см. ф. 567/1),
выполненного горелкой. Слева литой металл не достиг точки Ac .
Точка Ac была достигнута в области, соответствующей середине
снимка, а точка АСз — правой четверти снимка. Охлаждение на
воздухе дает структуру из феррита и перлита. Образец, закален¬
ный в воде после нагрева при 820° C в течение 30 мин.
568/5. Классическое травление слабо выявляет мартенсит,
образовавшийся из мелких аустенитных зерен.
568/6. Та же область, что и на микрофотографии 567/5.
Видна закалочная трещина. Травление реактивом, содержащим
медь, снова позволяет выявить структуру затвердевшего ме¬
талла.
568/7. Зона между областями, соответствующими превраще¬
ниям Ac^ и АСз образца, показанного на микрофотографии 568/3.
Наглядно видно исчезновение первоначальных границ феррита.
Структура матрицы состоит из тонких мартенситных игл.
568/8. Деталь структуры нормализованного образца (см.
ф. 567/6) с круглым, неоднородным силикатным включением
в дендритной оси и светлым круглым сульфидным включением
ликвационной области (справа на снимке).
Тот же слиток, что и на микрофотографиях 567. Поперечное
сечение зоны столбчатых кристаллов.
569/1. Термообработка: 780° C в течение 5 мин; охлаждение
в воде. Внутренняя область у-зерна, образовавшегося при затвер¬
девании. На светлом фоне дендритных осей — немногочисленные
границы мелких у-зерен и круглые силикатные включения.
569/2. Термообработка: 300° С, 5 мин; вода. Область с че¬
тырьмя у-зернами. Точка Ac* была достигнута, превращение
у—«произошло, но сохранились следы черной ферритной сетки,
характерной для литого состояния.
569/3. Термообработка: 920° С; 5 мин; вода, у-зерна быстрее
растут в самой чистой зоне (со светлыми дендритами).
569/4. Термообработка: 1050° С, 5 мин; вода. При этой тем¬
пературе новые у-зерна крупнее и имеют более правильную форму,
чем во время роста (см. ф. 569/3).
112-т слиток из легированной стали, предназначенный
для ковки (№ 231).
Поперечное сечение на расстоянии 27% от головной части:
часть на половине длины радиуса вблизи зоны с трещинами и лик¬
вациями.
Рост у-зерна при нагреве стали от 900 до HOO0C: 569/5,
7, 9 — в чистой зоне; 569/6, 8, 10 — в ликвационной зоне.
569/5, 6. 900° С, 30 мин; окисление; вода.
569/7. 8. 1000° С, 30 мин; окисление; вода.
569/7, 8. 1000oC, 30 мин; окисление; вода.
569/9, 10. 1100° С. 30 мин; окисление; вода.
На этой микрофотографии на фоне мартенсита видны гра¬
ницы у-зерен.
112-т слиток из легированной стали, предназначенный
для ковки (№ 18). Та же область, что и на микрофотографии
569/5.
Структуры легированной и нелегированной областей ликва¬
ционной зоны различны. Охлаждение проводилось с контроли¬
руемой скоростью, которая соответствовала скорости охлаждения
в центре круга диаметром 920 мм, закаленного в масле или на
воздухе. В легированных областях превращения всегда земед-
лены и эти области закаливаются лучше, чем нелегированные.
570/1. Термообработка: 900° С; 30 мин; масло; 45 HRC.
Область низколегированной зоны; бейнит имеет зернистую струк¬
туру-
570/2. Деталь структуры предыдущего образца. Грубая
бейнитиая структура (верхний бейнит) со светлыми областями
очень мелкого игольчатого бейнита.
570/3. Термообработка: 900° С; 30 мин; воздух; 36 HRC.
Однородная структура, аналогичная показанной на микрофото¬
графии 570/1.
570/4. Деталь структуры того же образца. Грубая бейнитная
структура (верхний бейнит).
570/5. Термообработка: 900° С; 30 мин; масло 50 HRC.
Участок легированной зоны вблизи трещины. Темные тонкие
иглы бейнита (средний бейнит) на светлой, местами мартенситной
основе.
570/6. Деталь структуры предыдущего образца. Темные
бейнитные иглы на фоне мелкой структуры бейнита (нижний
бейнит, очень похожий на мартенсит).
570/7. Термообработка: 900° С, 30 мин; воздух; 43 HRC.
Однородная бейнитная структура.
570/8. Деталь предыдущего образца. Несколько бейнитных
игл на фоне мелкой бейнитной структуры.
СТРУКТУРА ЗАТВЕРДЕВШЕГО МЕТАЛЛА
Формы сульфидных включений. 3-zn слиток из среднеугле¬
родистой легированной стали. Осевая зона в верхней четверти.
571/1. На фоне светлого феррита, который образовался
преимущественно в ликвационных областях между дендритами
и дендритными ветвями, видны круглые сульфидные включения
(типа I, согласно [34]). Темная перлитная матрица.
671/2. Сульфидные включения дендритной формы (типа II),
расположенные на междендритных границах. Матрица состоит
из перлита и феррита (ср. ф. 547/7).
571/3. Многоугольные сульфидные включения типа III
в междендритных границах. Эти границы иногда представляют
58
собой широкую светлую ферритную полосу, а иногда тонкую свет¬
лую ферритную сетку. Некоторые включения располагаются
вокруг кристаллов окиси алюминия.
571/4. Деталь структуры области, соседней с предыдущей
(ф. 571/3), показаны многоугольные включения сул^ида мар¬
ганца в полоске феррита; некоторые из этих включений содержат
зерна окиси алюминия.
571/5. Деталь структуры области, соседней предыдущей
(ф. 571/4), видны два многоугольные включения сул^шда мар¬
ганца, один из которых содержит кристалл окиси алюминия.
Матрица из феррита и перлита.
571/6. Продольное сечение 5-т слитка из кипящей стали,
дегазированной в ковше (см. ф. 550/1).
Верхняя часть усадочной раковины. Верхний мостик за¬
твердевания проходит здесь широкую полость; нижний мостик
разрушился во время затвердевания. У конца мостиков видны
радиально расположенные газовые пузыри (ср. ф. 551/1). В ис¬
ходном состоянии неокисленные, усадочные раковины окисляются
после взятия пробы.
571/7. 4-т слиток из кипящей стали. Поперечный излом
в донной четверти слитка.
В правом углу снимка видна область с удлиненными газо¬
выми пузырями, которые соприкасаются с поверхностью слитка.
Внизу находятся концы этих пузырей.
571/8. Деталь области удлиненных газовых пузырей того
же слитка. Трубчатые, плотно расположенные газовые пузыри,
с гладкой, блестящей внутренней поверхностью (после излома
слегка ржавой) и периодическими выпуклостями (ср. ф. 555/2).
Зернистый излом наблюдается только между газовыми пузы¬
рями. Темные области — это тени.
ВОЛОКНИСТЫЕ СТРУКТУРЫ
25-мм лист из малоуглеродистой стали, полученный про¬
каткой 7,5-т слитка; степень обжатия по толщине 7.
572/1. Продольное сечение кромки листа; показаны парал¬
лельные волокна, вытянутые в направлении прокатки.
572/2. Деталь микрсфотографии 572/1 с темными дендрит¬
ными осями и светлыми ликвационными промежутками. Попе¬
речные размеры дендритов значительно меньше продольных
(волокнистая структура).
572/3. Поперечное сечение листа; волокна короче, чем на
микрофотографиях 572/1. Верхняя часть соответствует области,
расположенной на 3 мм ниже поверхности листа.
572/4. Деталь микрофотографии 572/3. Дендритная струк¬
тура видна лучше, чем на микрофотографии 572/2; удлинение
дендритов в поперечном направлении меньше.
572/5. Продольное сечение в плоскости прокатки листа на
3 мм ниже поверхности. Дендриты, как и на микрофотографии
572/1, удлинены в направлении прокатки, но здесь они шире.
Лист был прокатан несколько раз в поперечном направлении.
572/6. Деталь микрофотографии 572/5. По форме дендриты
очень похожи на дендриты в литом металле, но они более удли¬
нены. Пространственная форма, которая выявляется на микро¬
фотографиях 572/2, 4, 6, похожа на плоское веретено.
572/7. Полусечение шайбы, вырезанной поперек квадратной
заготовки из спокойной мягкой стали.
На верхней поверхности (продольное сечение) видны прямые
волокна в направлении прокатки. Поперечная грань — это сече¬
ние через волокна (точки на снимке). Они имеют концентрические
контуры, т. е. соответствуют определенным ликвационным зо¬
нам в исходном слитке.
572/8. Заклепка из Эйфелевой башни, изготовленная из
пудлингового железа. Продольное сечение. Этот материал, обла¬
дающий высокой пластичностью и прекрасной коррозионной
стойкостью, содержит большое количество шлаковых включений,
что свидетельствует о волокнистой структуре, обусловленной
ковкой прокатанного прутка.
70-jhjw квадратные образцы, взятые в различных местах
двух 4-т слитков одинакового состава, одного из кипящей
(N° 245), а другого из спокойной стали (№ 246). Поперечные
сечения. Расстояние мест отбора образцов от донной части слитка
дано в процентах. Серные отпечатки уменьшены вдвое.
573/1. Квадратные заготовки из кипящей малоуглеродистой
стали. Сульфидные включения коричневого цвета. Картина рас¬
пределения серы в поперечном сечении заготовок аналогична
картине распределения серы в исходном слитке. На периферии
заготовок имеется слой с низким содержанием серы, причем его
толщина неизменна от головной до донной части слитка. Этот
слой отделен от ликвационного центра кольцом обогащенного се¬
рой металла, соответствующего месту стыка краевой зоны с серд¬
цевиной слитка. Содержание Серы уменьшается в направлении
от головной до донной части слитка.
573/2. Квадратные заготовки из спокойной малоуглеродистой
стали. Распределение серы в поперечном сечении более равно¬
мерно, чем в кипящих сталях. Однако в головной части слитка
имеются области с положительной осевой ликвацией, а в донной
части — с отрицательной осевой ликвацией (она видна лучше
в больших слитках). Между этими двумя областями находится
тонкое ликвационное кольцо, по форме напоминающее исходный
слиток.
573/3. 35-мм квадратная заготовка из головной части слитка
кипящей мягкой стали. Поперечное сечение. Форма ликвацион¬
ного центра зависит от условий прокатки; он приблизительно
сохраняет квадратную форму слитка.
573/4. Шестигранная 45-дм< заготовка из кипящей авто¬
матной мягкой стали, содержащей серу. Поперечное сечение.
Опять можно видеть ликвационный «квадрат»; точки на периферии
соответствуют стыку краевой зоны с сердцевиной в слитке.
573/5. 1-дюймовая труба из малоуглеродистой кипящей
стали, сваренная встык. Поперечное сечение. Опять видна
ликвация в исходной ленте. Сварка была осуществлена вдоль
чистых кромок ленты.
573/6. Кованый болт из кипящей стали, кованная гайка
из той же стали и точеная гайка из спокойной мягкой стали.
Продольное сечение. На всех этих деталях резьба была нарезана
на станке.
Рельс из донной заготовки 4-т слитка стали с 0,5% С.
Продолжительность выдержки в изложнице 35 мин, в нагрева¬
тельных колодцах — 40 мин.
574/1. Серный отпечаток темплета нижнего конца заготовки.
В самой нижней части сера распределена весьма равномерно.
574/2. Серный отпечаток той же заготовки, но с головного
конца. Распределение серы равномерно (0,020%), примерно до
половины длины радиуса, затем идет значительная зона ликва¬
ции в виде кольца (0,045% S), которое окружает белую, довольно
чистую сердцевину (0,008% S). Зона отрицательной ликвации
сохраняет свою форму вплоть до головки рельса. Эта особая
структура обусловлена тем, что центр слитка затвердел полно¬
стью; чистые дендриты в этой области были отделены от маточной
жидкости, претерпевшей ликвацию.
574/3. Последовательные стадии прокатки углового железа
от заготовки до готового изделия. Все эти шлифы взяты из раз¬
личных слитков кипящей мягкой стали разных плавок. Поэтому
здесь видны ликвации различных форм, деформированные про¬
каткой с различной степенью обжатия. Следует отметить, в част¬
ности, что зоны ликвации соприкасаются с внутренним углом
профиля.
575/1. Соединительный крюк железнодорожного вагона.
Сечение через плоскость симметрии крюка. Исходной заготовкой
являлся кусок катаного круга из среднеуглеродистой стали. Хи¬
мическое травление выявило волокнистую структуру; волокна
следу ют форме крюка. В поперечном направлении металл не испы¬
тывал напряжений.
575/2. Втулка воздушного винта из среднеуглеродистой
легированной стали. Продольное полусечение: показана волок¬
нистая структура в штампованной заготовке.
575/3. Часть кривошипа локомотива. Поперечное сечение.
Помимо волокон, образовавшихся из дендритов, имеются также
темные ликвационные полосы, которые соответствуют общей
фооме сечения. Недостаточная проковка или очень глубокая
обработка резанием может привести к вскрытию ликвационных
зон. Усталостные трещины могут образоваться на стыке фланца
опорной поверхности.
575/4. Круг из легированной стали. Поперечное сечение.
Волокна, удлиненные прокаткой, имеют вид небольших точек,
которые составляют фон этой структуры. Только ликвации в ис¬
ходном слитке выглядят черными; они состоят из строчек газовых
пузырей, частично заполненных металлом, претерпевшим лик¬
вацию.
576/1. Шлифованный 120-лиг круг из верхней четверти
5-т слитка спокойной среднеуглеродистой стали. Поперечное
полусечение. Несмотря на весьма значительную степень деформа¬
ции, волокна в поперечном сечении сохранили вид дендритов,
причем большие дендриты доходят до половины длины радиуса,
а мелкие расположены в центре. Эти две области разделяются
кольцом зон ликваций (белые точки).
576/2. Обрезанный конец заготовки, выдавленной из слитка
спокойной мягкой стали. Часть, находившаяся в контакте с ци¬
линдром и поршнем, расположена слева, а металл, оставшийся
в штампе — справа. Волокна следуют контурам детали, так как
между выдавливаемой заготовкой и установкой для выдавлива¬
ния было уложено стекловолокно.
59
57β∕3. Поперечное СеЧенИе детали, показанной на микро¬
фотографии 576/2. Ребристая труба. Продольные волокна рас¬
пределены весьма равномерно.
576/4 Шлифованный 120-мм круг из нижней трети 4,5-т
слитка кипящей углеродистой стали. Поперечное полусечение.
Видны только большие зоны ликвации, а не дендриты, как на
микрофотографии 576/1. Место стыка краевой зоны с сердцевиной
сохраняет прямоугольную форму и выявляется как ряд белых
участков (ликвация фосфора), окаймленных черным (эффект
травления). Внутреннее кольцо газовых пузырей окружает
ликвационную сердцевину, в которой имеются другие сильно
локализованные зоны ликвации. В наружной, более чистой
части этого сечения, белые линии являются следами двойного
кольца первичных газовых пузырей в исходном слитке. Их
предпочтительная ориентация, особенно в верхней части фото¬
графии, определяется калибровкой валков.
577/1. Заготовка для колесного бандажа локомотива. Попе¬
речное сечение. Заготовка получена ковкой (осаживанием и про¬
шивкой) и затем прокаткой круглого слитка. Структура слитка
точно повторяется в сечении горячедеформированной заготовки.
В корке исходного слитка (нижняя часть фотографии) видны тем¬
ные линии, которые являются следами подкорковых газовых
пузырей. Параллельно корке расположены многочисленные кон¬
туры затвердевания (черные линии) — здесь начинается зона
столбчатых кристаллов. За этой довольно широкой зоной сле¬
дуют равноосные и глобулярные дендриты. Сердцевина слитка
удалена горячей прошивкой. В результате осаживания слитка
в продольном направлении корка частично перекрыла рабочую
поверхность бандажа (она подчеркнута черной линией между
стрелками).
577/2. Рельс из высокоуглеродистой стали. Поперечнсе
сечение. Сечение верхней части головки рельса практически
идентично сечению исходного слитка, и поэтому можно наблюдать
основные зоны кристаллизации. Осевая зона ликвации в центре
головки имеет вид точек, которые являются поперечными сече¬
ниями длинных волокон. Эта зона ликвации сужается в шейке
рельса, а затем расширяется в его подошве. Чтобы избежать
образования вертикальных трещин в центре подошвы, столбча¬
тые дендриты слитка раскатывают параллельно нижней грани
подошвы, прокатывая блюм в разрезных калибрах.
577/3. Натяжной болт для деревянных шпал. Продольнсе
сечение. Как головка, так и резьба этой детали имеет полностью
волокнистую структуру. Резьба получена методом горячей
накатки в сочетании с кручением исходной Круглой заготовки.
578/1. 85-леи квадратная заготовка из верхней трети 4-т
слитка очень малоуглеродистой кипящей стали. Часть попереч¬
ного сечения. Светлая периферийная область содержит тонкие
нитевидные зоны ликвации, возникшие из дендритоподебных
ликвационных зон в корке слитка кипящей стали (ср. ф. 559).
Белые области металла с сильной ликвацией расположены вок¬
руг ликвационного центра заготовки (на стыке краевой зоны
с сердцевиной); некоторые имеются также в центре заготовки.
50-кг рельс из среднеуглеродистой стали. Часть попереч¬
ного сечения подошвы рельса.
578/2. Подошва (нижняя часть фотографии) довольно точно
воспроизводит структуру исходного слитка: на поверхности видны
параллельные контуры затвердевания, за ними следует зона
столбчатых кристаллов, затем зона равноосных кристаллов.
Направление столбчатых кристаллов, что наиболее вероятным
местом образования трещин является подошва рельса.
578/3. Здесь волокна параллельны поверхности подошвы
Эго достигается прокаткой в разрезном калибре вдоль оси по¬
дошвы, в результате чего столбчатые кристаллы удлиняются
параллельно поверхности блюма.
Круг диаметром 200 мм, прокатанный из 4-т слитка спо¬
койной углеродистой стали. Поперечное сечение осевой зоны
круга из головного блюма у конца усадочной раковины.
579/1. Слабодеформированная осевая зона; видна структура
исходного слитка — три больших дендрита на фоне более мел¬
ких дендритов. Два больших дендрита окружены областью
с сильной ликвацией (черные). Темнопольное освещение выявляет
белые дендритные оси.
579/2. Включения в области, показанной на предыдущей
микрофотографии. Они группируются в междендритных простран¬
ствах и окружают зерна, образовавшиеся во время затвердева¬
ния.
579/3. Участок около включения, показанного на микро¬
фотографии 579/2. Эго включение сложное, оно состоит,из частиц
сульфидов (светлые) и силикатов (темные).
579/4. Увеличенный серный отпечаток образца, показанного
на микрофотографии 579/1; видны дендритные оси, свободные от
сульфидов, и ликвационные области, содержащие большое коли-
60
чество серы. На этом отпечатке наблюдаются отдельные сульфиды,
причем их размеры только незначительно увеличены из-за диффу¬
зии в желатине пленки.
579/5. То же поле, что и на микрофотографии 579/4, но ис¬
пользованы травитель, содержащий медь (дендрритные оси тем¬
ные), и светлопольное освещение. Зернистость дендритных осей
обусловлена вторичной структурой (см. ф. 579/6). Черные пятна
в верхней части снимка — это мелкие усадочные раковины.
579/6. Детали дендрита в правой части микрофотографии
579/5. Травитель, содержащий медь, помимо структуры затвердев¬
шего металла (черные дендритные оси на микрофотографии 579/5),
выявляет также вторичную структуру. Эта игольчатая феррито¬
перлитная структура появляется только в чистых зонах. Ликва¬
ционные области, усеянные многочисленными включениями,
остаются белыми.
579/7. То же поле, что и на микрофотографии 579/6, наложе¬
ние двух структур. В ликвационных зонах феррито-перлитная
структура имеет свою обычную окраску, тогда как в дендритных
осях феррит серый. Зерна здесь мельче.
580/1. Деталь микрофотографии 579/1: феррит светлый, а
перлит темный. Темные дендритные оси выделяются на фоне вто¬
ричной структуры. В этих частых осях зерна крупнее. После
двойного травления кажется, что в осях содержится значительно
больше углерода, чем в ликвационных участках.
580/2. Деталь предыдущей микрофотографии. После по¬
вторного травления перлит и особенно феррит в дендритных осях
имеют темный цвет, поэтому при малом увеличении микрофото¬
графии 580/1 создается впечатление более высокого содержания
углерода.
ВОЛОКНА И ТРЕЩИНЫ
Часть кованой на 28% заготовки из головной части 112-т
слитка среднеуглеродистой легированной стали. Область на
половине длины радиуса.
580/3. Поперечное сечение волокнистой структуры. Дендрит¬
ный фон усеян белыми ликвационными участками, которые пред¬
ставляют собой поперечные сечения темных ликвационных полос.
580/4. Деталь микрофотографии 580/3 в ликвационной зоне.
Термообработка: 870° С; 58 мин; воздух. Слабое окрашивание
обусловлено вторичной структурой. Структура фона описана
ниже.
580/5. Деталь микрофотографии 580/4 в зоне у края темной
ликвационной полосы. Темная зона игольчатой структуры (слева)
состоит из смеси бейнитов. Более светлая часть является мартен¬
ситным фоном, на котором видна трещина, проходящая через
светлое сульфидное включение.
580/6. Продольное сечение образца, показанного на микро¬
фотографии 580/3, видны волокнистая структура и ликвационные
полосы, которые на этом снимке выглядят светлыми.
580/7. Деталь темной полосы, показанной на предыдущей
микрофотографии. Лрквационная область светлая с флокено-
образной трещиной.
680/8. Деталь микрофотографии 580/7; как и на микрофото
графиях 581/3 и 546/7 видно, что в светлых участках превращение
идет медленнее или, другими словами, они имеют более высокую
прокаливаемость, чем зоны с меньшей ликвацией. Трещина про¬
ходит вдоль сульфидных включении.
110-мм пруток круглого сечения из верхней трети 200-кг
слитка быстрорежущей стали. После ковки.
581/1. Зона на расстоянии 15 мм от поверхности прутка.
Довольно правильное распределение белых карбидов на темпом
перлитном фоне.
581/2. Осевая зона прутка. Карбиды распределены более
беспорядочно; эвтектические участки имеют сходство с сооткет
ствующей литой структурой (ср. ф. 565/7). Более высокое содер¬
жание углерода обусловлено первичной ликвацией в исходном
слитке.
581/3. Полоса хромистой стали для бритвенных лезвий (№247)
Отожженное состояние. Сечение вдоль направления прокатки.
Полоса с зоной карбидной ликвации и соседняя зона с нормаль¬
ным содержанием углерода имеют различную обрабатываемость
в горячем состоянии, в результате чего образуются серповидные
трещины.
581/4. Деталь микрофотографии 581/3; высокая плотность
сфероидизированных карбидов в ликвационной зоне. Феррит¬
ный фон светлый, конец трещины черный.
581/5. Головки двух рельсов, соединенных друг с другом
стыковой сваркой. Продольное сечение. В результате прило¬
жения давления во время сварки волокна в двух рельсах выги¬
баются наружу. Темные участки являются зонами термического
влияния (ср. ф. 609/7).
581/6. Болт из кипящей мягкой стали (ср. ф. 573/6). Про,
дольное сечение. По волокнистой структуре видно, что головка
болта получена осадкой, а остальная часть — вытяжкой в хо¬
лодном состоянии. Резьба .была нарезана. Одна из гаек была
откована, а другая выточена из пруткового проката.
581/7. Часть шайбы из части ротора, соответствующей
головной части слитка легированной стали. В поперечном сече¬
нии видны светлые ликвационные участки металла, которые
очерчиваются темными полосами, образующими концентрические
кольца (ср. ф. 651).
581/8. Деталь той же шайбы (см. ф. 581/7). На фоне мелких
дендритов (поперечное сечение через волокна) видны более или
менее выраженные темные ликвационные полосы. В большинстве
этих полос содержатся чашеобразные трещины.
Обод колеса диаметром 4,5 м из нижней половины 44-т
слитка (сталь № 248), изготовленный осаживанием, горячей
прошивкой и проковкой молотом на наковальне. Структура после
закалки и отпуска.
582/1. Часть внешней грани обработанного резанием кольца.
Слабое травление реактивом, содержащим медь, выявляет тем¬
ные полосы, волнистая форма которых обусловлена операциями
ковки. Общее направление волокнистой структуры на этой фото¬
графии горизонтальное.
582/2 Поперечное сечение кольца. Волокна предпочтительно
ориентированы в направлении по ширине кольца. Темные по¬
лосы вытянуты в этом направлении (по длине слитка).
582/3. Продольное сечение кольца. Показана его волнистая
структура по окружности. Однако темные ликвационные полосы,
которые видны слева, имеют различную ориентацию. Л-образная
зона ликвации составляет некоторый угол с направлением ковки.
Пруток диаметром 100 мм из цементуемой легированной
стали. Поперечное сечение. Структура после прокатки. Под¬
корковые пузыри окислены, затем во время прокатки заварены.
582/4. Вторичная структура (белый феррит и темный пер¬
лит) пересекается ферритной полосой, содержащей большое ко¬
личество включений. Неправильная форма полосы обусловлена
прокаткой. Полосе сопутствует локальное обезуглероживание.
582/5. То же поле, что и на предыдущей микрофотографии,
но после травления другим реактивом: окисленный металл бе¬
лый, а неокисленный — серый.
582/6. Деталь микрофотографии 582/4. Показано скопление
окисных включений из газового пузыря, окисленного до или во
время прокатки и затем заваренного.
582/7. Деталь блюма, показанного на микрофотографиях 583.
Зона поперек темных полос, которая разделяет зоны равноосных
и глобулярных кристаллов. Темные полосы Л-образных ликва¬
ций в слитке располагаются по направлению к поверхности
(к верхней части фотографии, см. ф. 540).
300-лои блюм из верхней трети 4-т слитка среднеуглеро¬
дистой легированной стали (№ 247). Поперечное сечение; струк¬
тура после прокатки.
583/1. Часть серного отпечатка. Параллельно корке про¬
ходит полоса, содержащая относительно небольшое количество
серы. За ней следует однородная зона, которая простирается до
сердцевины слитка. Эти две зоны разделяются кольцом ликва-
ционных участков (газовыми пузырями слитка, частично запол¬
ненными металлом). На половине длины радиуса имеется второе
кольцо ликвационных участков, представляющих собой попереч¬
ные сечения темных ликвационных полос. Несколько темных
участков на оси блюма соответствуют V-образным зонам ликва¬
ции.
583/2. Часть предыдущей микрофотографии. Область про¬
стирается от поверхности блюма до половины длины радиуса.
Несмотря на то, что блюм претерпел деформацию, он отображает
структуру слитка. Видны либо частично окисленные и заварен¬
ные (темные линии, идущие к поверхности), либо частично за¬
полненные претерпевшим ликвацию металлом (белые пятна)
газовые пузыри. Контуры (черные линии) расположены парал¬
лельно поверхности блюма и за ними следует зона столбчатых
кристаллов толщиной около 20 мм. И, наконец, имеются зоны
равноосных и глобулярных кристаллов, разделенные кольцом
темных ликвационных полос (см. ф. 582/7).
583/3. Общий вид сечения блюма. Видно кольцо белых лик¬
вационных полос, расположенных очень близко к корке, и внут¬
реннее кольцо темных полос. Детали этой структуры показаны на
микрофотографиях 582/7 и 583/2.
584/1. Часть коленчатого вала из закаленной и отпущенной
среднеуглеродистой хромоникелевой стали.
Деталь была сломана, чтобы показать радиальную закалоч¬
ную трещину — очень мелкозернистая зона в верхней части фото¬
графии. Остальная часть поверхности излома имеет более крупные
зерна.
584/2. Показанный выше излом после полировки и макро¬
травления. Закалочная трещина возникла в плоскости волокон
около заката, который образовался во время ковки плоской
части коленчатого вала. Непосредственно под закатом находится
несколько темных полос.
584/3. Сечение кованой детали из среднеуглеродистой стали,
содержащей закат Волокна следуют поверхности детали и оги¬
бают трещину. Трещина продолжается в здоровом'металле в виде
тонкой раздвоенной линии — это зона обезуглероженного ме¬
талла, содержащая частички окислов и представляющая собой
след нижней части заката.
584/4. Поковка из закаленной высокоуглеродистой стали.
Открытая горизонтальная трещина является закатом, об этом
свидетельствует расположение сульфидов, они параллельны тре¬
щинам. Две другие тонкие извилистые трещины начинаются от
заката и пересекают полосу сульфидов; это закалочные трещины.
Наличие ферритного фона, содержащего темные островки пер¬
лита, показывает, что деталь была отожжена для облегчения об¬
работки ее резанием; это еще дополнительно усилило обезугле¬
роживание.
Заготовка для колесного бандажа. Осаженный и прошитый
в горячем состоянии 300-кг круг из 1500-ка двенадцатигранного
слитка (сталь с 0,5% С).
584/5. Радиальный излом кольца, прошедшего черновую
обработку, разрушение произошло из-за вскрытия радиальной
трещины. Корка слитка расположена справа. Можно опознать
зоны слитка: столбчатых и равноосных кристаллов.
584/6. Сечение на половине высоты того же кольца. Магнит¬
ная дефектоскопия выявляет угловые трещины, которые не до¬
ходят до поверхности.
584/7. Показанный выше шлиф после макротравления, кото¬
рое выявляет достаточно хорошо развитую зону столбчатых кри¬
сталлов. Одна из показанных выше трещин все еще видна (ср.
ф. 531/3).
584/8. Тот же участок с междендритной трещиной, которая
аналогична трещине на микрофотографии 584/2. Темный перлит¬
ный фон с ферритом в виде сетки и белых островков.
140-леи блюм из подшипниковой стали. Прокатан и охлажден
с тремя различными скоростями. В центре блюма появились
флокены.
585/1. После прокатки охлажден на воздухе до 200° С, а
затем с печью.
585/2. После прокатки охлажден на воздухе до комнатной
температуры.
585/3. После прокатки охлажден на воздухе до 200° С, а
затем закален в воде.
На этих микрофотографиях показаны поперечные сечения
флокенов, направление которых беспорядочно только на микро¬
фотографии 585/1. Флокены образуются при температуре ниже
200° С. Скорость охлаждения влияет на число, размер и распре¬
деление флокенов.
40-.ши лист из 15-т слитка самозакаливающейся мягкой
стали. После прокатки охлажден на воздухе.
585/4. Излом параллелен плоскости прокатки. Направле¬
ние прокатки вертикальное.
Видны флокены характерной чешуйчатой формы. Флокены
представляют плоские образования, так как они возникли во
время охлаждения после прокатки.
585/5. Продольный шлиф листа; показаны волокнистая
структура и сечение, проходящее через флокен в ликвационной
полосе.
585/6. Продольный шлиф листа после травления ниталем,
который выявляет вторичную бейнитную структуру.
585/7. Деталь предыдущей микрофотографии — сечение через
флокен в бейнитной матрице. Так как сталь высоколегирована,
при этой скорости охлаждения в структуре не наблюдается боль¬
шой разницы между зонами с различной степенью ликвации,
составляющими полосчатую структуру (см. ф. 586).
ПОЛОСЧАТЫЕ СТРУКТУРЫ
200-мм блюм из кипящей малоуглеродистой стали (№ 251).
Продольное сечение. Термообработка: 800° С, 45 мин, воздух.
586/1. Ферритная полоса отделяет чистую внешнюю зону
блюма (нижняя часть фотографии) от ликвационного центра
(верхняя часть фотографии), где содержится больше углерода.
В этой полосе содержание углерода очень низко, образовалась
она из зон ликвации, связанных с подкорковыми пузырями в ис¬
ходном слитке.
586/2. Деталь предыдущей микрофотографии. В верхней
части ликвационная полоса состоит из зерен феррита, не подверг¬
61
шихся воздействию термической обработки; температура Aci
была повышена из-за введения фосфора и при нагреве не была
превзойдена. В нижней части структура состоит из крупных
зерен феррита, в которых не произошло превращение при на¬
греве, и из мелких новых зерен феррита и перлита (темных), обра¬
зовавшихся во время охлаждения. Таким образом, в зонах с мень¬
шей ликвацией была достигнута температура, превосходящая Ac^
Пруток диаметром 30 мм из углеродистой стали (№ 252).
Продольное сечение.
586/3. Термообработка: 880° С, 45 мин, печь. Ясно видна
полосчатая структура: чередующиеся белые ферритные и темные
перлитные полосы с несколькими включениями.
586/4. Деталь предыдущей микрофотографии; показано рас¬
положение включений относительно полос: светлые сульфиды
встречаются в ферритной полосе (содержащей большое коли¬
чество фосфора, который повышает температуру Л3), а темные
силикаты — в темных перлитных полосах с меньшей ликва¬
цией.
586/5. Термообработка: 880° С, 45 мин, воздух. Так как ско¬
рость охлаждения больше, чем для образца на микрофотографии
586/3, полосчатая структура почти полностью исчезла. Феррито¬
перлитная структура более мелкозерниста и однородна.
586/6. Деталь микрофотографии 586/5. Перлитные островки
меньше, чем на микрофотографии 586/4, а перлит плотнее, чем
после более медленного охлаждения.
586/7. Термообработка: 1000oC, 45 мин, воздух. Полосча¬
тая структура полностью исчезла, хотя в полосах имеются стро¬
чечные включения. В структуре, состоящей из феррита и пер¬
лита, видно расположение исходных аустенитных зерен.
586/8. Деталь из микрофотографии 586/7. Направление про¬
катки зафиксировано включениями, которые окружены ферри¬
том, так как во время охлаждения они служили зародышами.
180-jhj¼ блюм из среднеуглеродистой марганцевомолибде¬
новой стали (№ 253). Продольное сечение.
587/1. Состояние после прокатки. Белые полосы из феррит¬
ных зерен чередуются с полосами перлита. Местами можно видеть
крупные аустенитные зерна.
587/2. Деталь предыдущей микрофотографии; видно черное
удлиненное силикатное включение в ферритной полосе. Два
серых яйцевидных сульфидных включения, окруженные ферри¬
том, находятся в перлите, который заполняет ликвационные зоны
в междендритных пространствах. Расположение включений,
обратное по отношению к их расположению в углеродистых ста¬
лях, где происходит ликвация фосфора, который повышает
температуры превращения (см. ф. 588).
587/3. Область, соседняя с показанной на микрофотогра¬
фии 587/2; в перлитной полосе также содержится несколько свет¬
лых яйцевидных сульфидных частиц.
587/4. Деталь микрофотографии 587/3; показано расположе¬
ние в перлитной полосе светлых сульфидов с более или менее за¬
метными ферритными оторочками.
587/5. Область, соседняя с показанной на микрофотогра¬
фии 587/3; двойное травление выявляет первичную (потемнение
волокон, образовавшихся из дендритных осей) и вторичную струк¬
туру (феррит—перлит). Ферритные полосы потемнели, так как
они находятся в дендритных осях. Соседний перлит также
потемнел.
В то же время в ликвационных полосах феррит остался бе¬
лым, а перлит серым. Это пример прямой ликвации углерода.
587/6. Термообработка: 1050° С, 45 мин, печь. После двой¬
ного травления полосы с небольшой ликвацией становятся тем¬
ными. Ликвационные полосы сохраняют свою обычную окраску.
Бейнит содержит светлые удлиненные сульфиды.
587/7. Область, соседняя с показанной на микрофотогра¬
фии 587/6; травление ниталем выявляет только вторичную бей-
нитную структуру. Полосчатая структура почти не видна.
587/8. Деталь предыдущей микрофотографии. Два черных
силикатных включения в полосе белого игольчатого феррита
и темные клиновидные перлитные области. Три удлиненных
серых сульфида образуют цепочку в бейнитной матрице.
588/1. Термообработка: 860° С, 45 мин, печь. Ясно видна
полосчатая структура — чередующиеся темные перлитные и
светлые бейнитные полосы.
588/2. Деталь предыдущей микрофотографии, показаны две
серые полосы игольчатого бейнита, чередующиеся с двумя более
темными зернистыми полосами феррита и перлита. Эта структура
гораздо более мелкозерниста, чем показанная на микрофотогра¬
фии 587/7.
588/3. Деталь микрофотографии 588/2. Перлитная полоса
содержит темное удлиненное алюмосиликатное включение. Тем¬
пература аустенизации ниже, чем для образца, показанного на
62
микрофотографии 587/8. При этой температуре образовался не
игольчатый, а зернистый феррит, а в более четкой полосчатой
структуре появилось больше перлита.
588/4. Термообработка: 860° С, 45 мин, воздух. Полосчатая
структура почти не заметна; в бейнитной матрице можно видеть
более темную ликвационную полосу.
588/5. Область, соседняя с показанной на микрофотографии
588/4. В верхней части снимка видна ликвационная полоса, со¬
держащая серые сульфиды, а в нижней части — черное силикат¬
ное включение в единственной полосе со слабой ликвацией.
588/6. Деталь ликвационной полосы, показанной на микро¬
фотографии 588/4. Видны светло-серые сульфидные включения
на фоне черных игл бейнита и островков мартенсита. Ликва¬
ционная полоса претерпела большее упрочнение (т. е. закалилась
в большей степени), чем бейнитная матрица.
588/7. Термообработка: 860° С, 45 мин, вода. Полосчатая
структура больше не видна. Матрицей является мартенсит, на
расположении которого сказывается размер исходных аустенит¬
ных зерен.
588/8. Деталь предыдущей микрофотографии. Однородная
матрица из игольчатого мартенсита, содержит черное силикатное
включение и два более светлых сульфида.
Образцы Жомини для испытания на прокаливаемость.
Продольные сечения на обычной глубине для измерения твер¬
дости. Хромоникелевая сталь (№ 254), аустенизированная в те¬
чение 45 мин при 900° С.
589/1. 2 мм от закаленного торца. Полосчатая структура не
видна, несмотря на наличие прожилок черных силикатов и свет¬
лых сульфидов. Матрица — игольчатый мартенсит. 52 HRC.
589/2. 6 мм от закаленного торца. Полосчатая структура видна
слабо; матрица — мартенсит, содержащий немного бейнита.
51 HRC.
589/3. Деталь полосы без ликвации (см. ф. 589/2). Два чер¬
ных силикатных включения окружены темным зернистым бей-
нитом. Матрица — светлый игольчатый мартенсит и несколько
черных игл бейнита.
589/4. Деталь ликвационной полосы (см. ф. 589/2). Светлое
сульфидное включение в матрице мартенсита, содержащего бей¬
нит (как на микрофотографии 589/2).
589/5. 10 мм от закаленного торца. Полосчатая структура
выявляется благодаря различной окраске мартенсита (светлый)
и бейнита (темный). В светлой матренситной полосе имеются суль¬
фиды, а в темной бейнитной полосе — силикаты. 49 HRC.
589/6. Деталь центра микрофотографии 589/5. На фоне
темных бейнитных игл видны прожилки светлых сульфидов.
Мартенситная матрица аналогична показанной на микрофотогра¬
фии 589/4.
589/7. 20 мм от закаленного торца. Весьма неотчетливая
полосчатая структура. Матрица бейнитная с несколькими свет¬
лыми участками мартенсита и несколькими прожилками вклю¬
чений. 43 HRC.
589/8. Деталь предыдущей микрофотографии. Две черные
силикатные прожилки и светлый удлиненный сульфид (внизу
слева) на фоне бейнита и нескольких светлых участков мар¬
тенсита.
590/1. 8 мм от закаленного торца. Слабое травление реакти¬
вом, содержащим медь, ясно выявляет начало появления бей¬
нита. 50 HRC.
590/2. 10 мм от закаленного торца (см. ф. 589/5). После двой¬
ного травления ликвационные бейнитные полосы слегка окраши¬
ваются в темный цвет. Матрица мартенситная, содержащая бей¬
нит в виде светлых ликвационных полос.
590/3. 20 мм от закаленного торца (см. ф. 589/7). Двойное
травление дает возможность увидеть, что несмотря на однород¬
ную вторичную структуру, показанную на микрофотографии
589/7, имеются более светлые ликвационные полосы.
590/4. Термообработка: 900° С, 45 мин, печь. В отожженном
металле вновь появилась полосчатая структура в виде слабо
протравившегося феррита, содержащего удлиненные полосы пер¬
лита.
590/5. Деталь предыдущей микрофотографии. Скопление
пластинчатого перлита с зернистым ферритом. Удлиненные суль¬
фиды свидетельствуют о наличии ликвационной полосы.
Образец Жомини для испытания на прокаливаемость из
ннкельхромистой самозакаливающейся стали, аустенизирован¬
ной при 850° C в течение 45 мин. 2 мм от закаленного торца.
590/6. Полосчатая структура практически не различается.
Видно несколько рядов включений в мартенситной матрице, со¬
стоящей из участков серого цвета.
590/7. Тот же образец после травления реактивом, содержа¬
щим медь. Светлые ликвационные полосы все еще существуют,
но после данной скорости охлаждения они не влияют на вторич-
ную структуру. Твердость практически одинакова во всем об¬
разце.
590/8. Деталь микрофотографии 590/6; видно сульфидное
включение даже на мартенситном фоне.
Среднеуглеродистая хромомолибденовая сталь (№ 254) после
ступенчатого охлаждения. Продольное сечение 5-жж листа.
591/1. Термообработка: 900° С, 45 мин, 650° С; 10 мин-, вода.
Сложные полосчатые структуры, содержащие белые полосы (без
ликвации) зернистого феррита и перлита, а такжетемного бейнита
и белого феррита и кроме того, светлые ликвационные полосы
мартенсита.
591/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Переход между
ликвационной мартенситной полосой, содержащей сульфидные
включения, и темными полосами без ликвации игольчатого бей¬
нита, белыми зернами феррита и темного перлита.
591/3. Термообработка: 900° С, 45 мин, 600° С, 5 мин, вода.
В порядке увеличения степени обогащения углеродом в резуль¬
тате ликвации полосы состоят из белого игольчатого феррита,
темных островков перлита, темных игл бейнита и слаботравя-
щихся скоплений мартенсита.
591/4. Деталь предыдущей микрофотографии. Начиная
снизу, видны: игольчатый феррит, темные островки перлита,
темные иглы бейнита, проникающие в слаботравящуюся полосу
мартенсита, возникшего из сохранившегося при 600° C аусте.
нита.
591/5. Термообработка: 900° С, 45 мин, 400° С, 10 мин,
вода. Темные перлитные полосы с небольшим количеством фер¬
рита в виде белых игл в бейнитной матрице.
591/6. Деталь предыдущей микрофотографии. Неликвиро-
ванные полосы перлита (черные) и игольчатого феррита чере¬
дуются с ликвационными полосами бейнита (зернистые серые
иглы) и слаботравящимися островками мартенсита.
591/7. Термообработка: 900° С, 45 мин, 350° С, 30 сек, вода.
Ясно видна полосчатая структура: темные иглы бейнита и свет¬
лые полосы мартенсита.
591/8. Деталь предыдущей микрофотографии. Ликвационная
полоса, содержащая светлое сульфидное включение в светлой
матрице мартенсита с несколькими бейнитными иглами. Сосед¬
ние полосы являются бейнитными.
Самозакаливающаяся хромоникелевая сталь (№ 255) после
ступенчатого охлаждения. Продольное сечение 5-жж листа.
Ликвационные полосы имеют более высокую прокаливаемость —
это общее правило.
592/1. Термообработка: 900° С, 45 мин, 600° С, 1 ч, вода.
Черные полосы тонкопластинчатого перлита в слаботравящейся
мартенситной матрице.
592/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Видны боль¬
шие черные островки перлита с несколькими белыми прожилками
феррита, окружающими слаботравящуюся ликвационную мар-
тенсивную полосу, о наличии которой свидетельствует серое уд¬
линенное сульфидное включение. В неликвированных полосах
мартенсит имеет более темный цвет.
592/3. Термообработка: 900° С, 45 мин, 580° С, 5 ч, вода.
Очень тонкопластинчатый перлит в виде черной сетки в слабо¬
травящейся мартенситной матрице. Полосчатая структура видна
из-за различной природы ее составляющих.
592/4. Деталь предыдущей микрофотографии. Доля тонко¬
пластинчатого перлита в чистых полосах больше, чем в ликва-
ционных, которые содержат более слаботравящийся мартенсит.
592/5. Термообработка: 900° С, 45 мин, 400° С, 1 ч, вода.
Превращение аустенита было незавершенным, виден мартенсит
в форме слабых полос в темной бейнитной матрице.
592/6. Деталь предыдущей микрофотографии. Чередование
двух темных полос игольчатого бейнита с двумя более слабо¬
травящимися ликвационными полосами мартенсита. Сульфиды
обычно обнаруживаются в полосах с максимальной прокаливае-
мостью.
592/7. Термообработка: 900° С, 45 мин, 350° С, 30 мин,
вода. Полосчатая структура особенно хорошо видна из-за нали¬
чия слаботравящегося мартенсита. Если бы превращение аусте¬
нита в бейнит завершилось, полосчатость была бы гораздо менее
выражена.
592/8. Деталь предыдущей микрофотографии; видны темные
полосы игольчатого бейнита и слаботравящиеся полосы мартен¬
сита, пересеченные несколькими темными бейнитными иглами.
Среднеуглеродистая легированная сталь (№ 254) после
ступенчатого охлаждения. Продольное сечение 5-мм листа
(ср. ф. 591).
593/1. Термообработка: 900° С, 45 мин, 650° С, 10 мин, вода.
Полосы феррита с несколькими темными участками перлита.
Желтые или коричневые полосы мартенсита с несколькими остров¬
ками игольчатого бейнита.
593/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Сетка белого
феррита окружает желтые островки мартенсита или темные ост¬
ровки перлита. В феррите встречаются темные разветвленные
силикатные включения.
593/3. Термообработка: 900° C1 45 мин, 650° С, 1 ч, вода.
Матрицей является белая ферритная сетка с темными островками
перлита. Ликвационная полоса (желтая)—это мартенсит.
593/4. Деталь предыдущей микрофотографии. В верхней и
нижней части снимка видны островки перлита с несколькими
белыми участками феррита. Желтоватая центральная полоса —
это мартенсит с несколькими темными иглами бейнита. В нижней
части этой ликвационной полосы имеется сильно удлиненный
сульфид.
593/5. Термообработка: 900° С, 45 мин, 400° С, 2 мин, вода.
Структура состоит из чередующихся полос светлого мартенсита
и темного бейнита. Превращение не закончено.
593/6. Деталь предыдущей микрофотографии. Светлая мартен¬
ситная матрица содержит иглы верхнего бейнита. Удлиненные
сульфидные включения отмечают положение ликвационных по¬
лос, в которых не произошло превращения при 400° С.
Самозакаливающаяся сталь (№ 255) (см. ф. 592). Термо¬
обработка: 900° С, 45 мин-, 600° С, 1 ч, вода.
593/7. Желтая мартенситная матрица содержит светлую
ликвационную полосу. В полосах имеются темные островки пер¬
лита.
593/8. Деталь предыдущей микрофотографии, то же поле,
что и на микрофотографии 592/2. Матрица является мартенситом
и содержит светлую ликвационную полосу, направление которой
указывает удлиненная сульфидная частица. Имеется несколько
темных перлитных островков с белыми прослойками феррита.
ЛИНИИ СКОЛЬЖЕНИЯ
594/1. Плоский образец для испытания на растяжение из
очень малоуглеродистой мягкой стали. Три стороны образца.
Исследование с использованием фотоупругой пленки. Испы¬
тание на растяжение было остановлено после достижения ниж¬
него предела текучести. Линии скольжения наклонены относи¬
тельно направления нагружения.
594/2. Отожженная спокойная очень малоуглеродистая
мягкая сталь без прокатки в валках дрессировочной клети.
0,3-жж стальной лист, намотанный на оправку диаметром 30 жж.
Изгиб не был непрерывным, а состоял из многочисленных сбро¬
сов, обусловленных прерывистым течением при нижнем пределе
текучести.
594/3. Горячекатаный 3-жж лист из очень малоуглеродистой
мягкой стали. Листовая заготовка после испытания на глубокую
вытяжку. Зоны между плитами пресса претерпели незначительную
неоднородную остаточную деформацию. Окалина отделилась
от искривленных линий скольжения (светлых). То же самое на¬
блюдается во всех горячекатаных и выправленных в холодном
состоянии профилях.
594/4. 14-жж квадрат из кипящей мягкой стали (№ 256).
Слегка деформирован сжатием в прессе между цилиндрическими
пуансонами. Вид полированной поверхности после деформации:
искривленные линии скольжения начинаются от темных, наибо¬
лее сильно деформирвванных зон. Эти линии разделены на от¬
дельные участки по размерам, соответствующим ферритным зер¬
нам. При больших увеличениях в деформированных зонах можно
видеть линии скольжения.
594/5. То же поле, что и на микрофотографии 594/4, но после
повторных полировки и травления. Более детально видны те же
самые линии.
594/6. Тот же образец, но разрезанный через плоскость,
параллельную плоскости, показанной на микрофотографии 594/5.
Сетка линий скольжения менее обширна, чем на поверхности, но
более отчетливо видна в наиболее сильно деформированной об¬
ласти. Кроме того, травитель выявляет горизонтальную волок¬
нистую структуру, а также следы механической обработки,
которые выявляются в результате наклепа при полировке.
595/1. 40-жж квадрат из кипящей мягкой стали, выправлен¬
ный в холодном состоянии после горячей прокатки и затем слегка
наклепанный под прессом (см. ф. 594/4). Продольное сечение на
расстоянии 2 жж от поверхности. Помимо линий скольжения,
аналогичных линиям скольжения на микрофотографии 594/5,
имеются другие линии, пересекающиеся с поверхностью под
углом приблизительно 45° (нижняя часть снимка). Эти линии,
которые уже наблюдались на сортовом прокате при отделении
окалины (см. ф. 594/3), появились в результате правки в холодном
состоянии после горячей прокатки.
595/2. Звено цепи из кипящей мягкой стали. Осевое сечение
в плоскости звена. Линии скольжения в теле звена показывают,
63
что при его обработке деформация превосходила предел теку¬
чести. Черные линии видны лучше в осевой ликвационной об¬
ласти. Сварной шов находится в верхней части. Охрупчивание,
вызванное наличием выделений в феррите, может быть умень¬
шено нормализацией (ср. ф. 608).
696/3. Деталь предыдущей микрофотографии. Линии сколь¬
жения имеют определенную толщину и темнеют вследствие трав¬
ления выделений нитрида железа в а-зернах.
595/4. Деталь из микрофотографии 594/3. Пересекающиеся
линии скольжения. На их границах находятся темные (накле¬
панные) и белые (недеформированные) зерна.
595/5. Образец для испытания на растяжение из спокойной
мягкой стали. Испытание было остановлено на последней ста¬
дии образования шейки (нижняя часть фотографии). Непротрав-
ленный шлиф. Косое освещение выявляет рельеф линий скольже¬
ния, который появился при достижении напряжения, равного
пределу текучести. Первоначальные более толстые полосы упроч¬
нили образец и помешали дальнейшей деформации, что объяс¬
няет появление нескольких шеек.
595/6. Консервная банка из луженой очень малоуглероди¬
стой мягкой стали. Глубокая вытяжка обусловила появление
линий скольжения около букв.
НАКЛЕП ЗЕРЕН
Холоднокатаный лист из спокойной очень малоуглероди¬
стой мягкой стали (№ 257). Сечения в направлении прокатки
после различных степеней обжатия без промежуточного отжига.
Для двух увеличений были использованы различные травители.
596/1. Толщина листа 2,38 мм. Твердость после горячей
прокатки 141 HV. Типичная структура малоуглеродистой мяг¬
кой стали, видны равноосные ферритные зерна, контраст кото¬
рых зависит от их ориентации относительно плоскости шлифа.
596/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Травление
в другом реактиве. Равноосные ферритные зерна с островками
перлита и несколькими межзеренными выделениями третичного
цементита. Границы зерен травятся в различной степени в зави¬
симости от относительной ориен.ации соседних зерен.
596/3. Толщина листа 1,88 мм; обжатие 21%; 204 HV. Удли¬
нение зерен становится заметным при обжатии примерно 20%.
В некоторых зернах можно видеть две пересекающиеся системы
линий скольжения.
596/4. Деталь предыдущей микрофотографии. Появляются
слабые линии скольжения при 12%-ном обжатии. На микрофото¬
графиях 604 показано влияние повторного нагрева на эту струк¬
туру.
596/5. Толщина листа 1,40 м м, обжатие 41%; 240 H V. Удли¬
нение зерен выражено более ясно; зерна содержат больше линий
скольжения. Некоторые линии скольжения искривлены.
596/6. Деталь предыдущей микрофотографии. Пересекаю¬
щиеся системы линий скольжения. Некоторые границы зерен
с правильными зубцами напоминают классическую модель де¬
формации — «сдвиг в колоде карт».
596/7. Толщина листа 0,83 мм; обжатие 65%; 260 HV.
В ферритных зернах появилась волокнистая структура. Включе¬
ния и третичный цементит раздробились.
596/8. Деталь предыдущей микрофотографии. Некоторые
зерна менее деформированы и образуют довольно широкие по¬
лосы, другие сильно удлинены и имеют вид искривленных пла¬
стинок. Эта неоднородность зерен показана также на микрофото¬
графиях 598/5, 6.
597/1. Толщина листа 0,58 мм; обжатие 75%; 280 HV.
В большинстве ферритных зерен наблюдаются две пересекающиеся
системы линий скольжения (ср. ф. 598/7).
597/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Если сталь не
подвергать повторной термической обработке, ускоряющей
процессы выделения, то травление в нитале плохо выявляет
структуру. Слабо заметные линии скольжения делят исходное
зерно на несколько взаимно разориентированных участков.
597/3. Толщина листа 0,29 мм; обжатие 88%; 295 HV. Выше
этой степени обжатия структура в оптическом микроскопе разли¬
чается плохо, волокнистость структуры усиливается, а границы
зерен исчезают. Частицы третичного цементита и включений раз¬
дробляются и вытягиваются в цепочку. Это является основной
особенностью структур до обжатий 98% (см. ф. 598).
597/4. Деталь предыдущей микрофотографии.
597/5. Толщина листа 0,135 мм; обжатие 93,5%; 309 HV.
597/6. Деталь предыдущей микрофотографии.
597/7. Толщина листа 0,115 мм; обжатие 95,5%; 314 HV.
Нижняя кромка листа находится в нижней части фотографии.
597/8. Деталь предыдущей микрофотографии.
698/1. Толщина листа 0,085 мм; обжатие 96,3%; 320 HV.
Сечение через всю толщину листа. После обжатия выше 90% по
64
толщине этот лист имеет сильно спутанную волокнистую струк¬
туру: зерна сильно вытянуты и разделены на многочисленные
взаимно разориентированные области, размер которых можно
определить только с помощью рентгеноструктурного анализа.
598/2. Деталь предыдущей микрофотографии. При большом
увеличении видны только твердые раздробленные карбидные
частицы и некоторые включения вместе с полостями, которые
остались между ними.
598/3. Толщина листа 0,025 мм; обжатие 98%; 340 HV.
Сечение через всю толщину листа.
598/4. Деталь предыдущей микрофотографии. Структура
очень мало отличается от показанной на микрофотографии 598/2.
598/5.Деталь микрофотографии 596/5 (толщина листа 1,40 мм,
обжатие 41%). После травления более четко выявляются линии
скольжения в наклепанных зернах. Нижнее зерно претерпело
весьма неоднородную деформацию. Оно сильно деформировано
слева (40—50%) и очень слабо справа (10—20%), что является
результатом его особого положения относительно соседних
зерен.
598/6. Деталь микрофотографии 596/7 (толщина листа
0,83 мм, обжатие 65%). Некоторые участки зерен, которые при
меньших обжатиях не деформировались, теперь начали дефор¬
мироваться, однако в них в свою очередь сохраняются относи¬
тельно малодеформированные участки (ромбовидной формы).
598/7. Деталь микрофотографии 597/1 (толщина листа
0,58 мм, обжатие 75%). Некоторые деформированные зерна
имеют очень небольшой контраст, и видно мало деталей. Другие
декорированы пересекающимися системами линий скольжения,
обусловливающих зубчатость границ этих зерен.
598/8. Деталь микрофотографии 597/3 (толщина листа
0,29 мм, обжатие 88%). Показана неоднородность деформации
различных зерен; некоторые зерна приняли нитевидную форму.
Спокойная малоуглеродистая сталь (№ 224). Отжиг при
950° С; охлажденные с печью, затем полировка, травление и де¬
формация сжатием при 20° C (15% обжатия по толщине).
Метод фигур травления предназначался для определения
ориентации зерен относительно плоскости шлифа (см. ф. 116),
так как используемый реактив преимущественно травит плоскости
куба (100).
На неполированном шлифе образца, подвергнутого холод¬
ной деформации, выявляются линии скольжения. Деформация
вызывает также появление неровностей на поверхности («шагре¬
невая поверхность» в крупнозернистых сталях для глубокой
вытяжки), которые делают микрофотографию неясной.
599/1. Светлый фон, состоящий из нескольких белых фер¬
ритных зерен, декорированных линиями скольжения, и черных
участков сильно протравленного перлита. Фигуры травления
имеют различные формы: почти квадратную, прямоугольную и тре¬
угольную.
599/2. Область, соседняя с предыдущей. Также имеются
темные участки перлита. В пределах любого одного зерна форма
и ориентация фигур травления одинаковы.
599/3. Практически квадратная форма фигур травления ука¬
зывает на кубическую ориентацию этого зерна, причем грань
(100) находится в плоскости шлифа. Две системы линий скольже¬
ния пересекают под углом 90° линии, проходящие через диаго¬
нали квадратов. Другие системы линий скольжения проходят
под углом 20° относительно первой.
599/4. Два ферритных зерна, разделенных границей, про¬
ходящей через черный участок перлита. Верхнее зерно имеет
ориентацию приблизительно (111), а линии скольжения нахо¬
дятся под углом примерно 60° (вершины треугольников). Нижнее
зерно близко к ориентации (321), линии скольжения волнистые,
что обусловлено появлением второй системы линий скольжения.
599/5. Другой участок, содержащий треугольные фигуры
травления. Ориентация наибольшего зерна, близкого к (331).
Из-за относительно большой деформации линии скольжения ис¬
кривлены.
599/6. Деталь зерна, содержащего треугольные фигуры трав¬
ления. Начало деформации. В различных участках одного и того
же зерна ориентации различны: фигуры травления также не
имеют одинаковой ориентации, — близкой к (321). Линии сколь¬
жения волнисты и разветвлены из-за наличия многочисленных
систем скольжения в a-железе. Видно несколько темных участ¬
ков перлита.
ДЕФОРМАЦИЯ ЦЕМЕНТИТА
M-мм квадрат из заэвтектоидной стали (№ 258). Отжиг
при 1080° C в течение 30 мин, охлаждение с печью.
600/1. Холодная деформация растяжением на 3%. Во вто¬
ричном цементите появились многочисленные трещины, дробле¬
ние его на полиэдрические блоки. Фон — грубопластинчатый
перлитный с толстыми пластинками.
600/2. Другой участок с продольными и поперечными тре¬
щинами в белой междендритной сетке вторичного цементита.
Фоном — перлит, пластинки которого деформированы слабо.
600/3. Холодное обжатие приблизительно на 15%. Некото¬
рые перлитные области принимают форму изогнутых полос.
600/4. Деталь предыдущей микрофотографии. Пластинки
эвтектоидного цементита в целом остались параллельными,
однако в отдельных перлитных участках приобрели как бы двой¬
никовую ориентировку. Феррит белый деформирован в местах
изгиба перлитных полос.
600/5. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 600/4. Шлиф сильно протравлен для выявления наклона це-
ментитных пластинок относительно его плоскости. Чередующиеся
феррит и цементитные пластинки пересекаются поперечной тре¬
щиной.
600/6. Обжатие по толщине около 25%. Белая цементитная
сетка потрескалась, она деформировалась в направлении течения
металла. Темный перлитный фон.
600/7. Деталь участка, соседнего с показанным на микро¬
фотографии 600/6. Полиэдрически блоки вторичного цементита
разделены открытыми трещинами (черными).
600/8. Обжатие по толщине около 40%. Цементитная сетка
по сравнению с показанной выше более удлинена и фрагменти¬
рована. Темный перлитный фон имеет волокнистую структуру.
601/1. Деформированный в холодном состоянии пруток из
заэвтектоидной стали.
Деталь микрофотографии 600/8. Белая сетка вторичного
цементита раздроблена на блоки, которые частично наложены
друг на друга. Частицы, расположенные очень близко друг к
Другу, оставляют в ферритной матрице полость. При достаточно
большом промежутке между цементитными блоками эта полость
заполняется ферритом. Фон перлитный с деформированными пла¬
стинками.
601/2. 20-лм< пруток из мягкой стали после сфероидизирую-
щего отжига и 10%-ной деформации в двух взаимно перпендику¬
лярных направлениях. Глобули цементита раздробились и рас¬
положились в шахматном порядке. Ферритная матрица состоит
из зерен, которые после термического травления окрасились по-
разному.
601/3. Зона вблизи поверхности излома литого закален¬
ного стального валка прокатного стана. Показанный участок
расположен в темной ликвационной полосе. Многочисленные
трещины пересекают белый карбидный участок и исчезают в тем¬
ной перлитной матрице. Можно видеть несколько белых карбид¬
ных игл.
601/4. 20-лии лист из стали с 1,8% Si. После прокатки
5% обжатия по толщине. Видны многочисленные двойники и
межзеренные трещины. Белая матрица — это феррит с межзе-
ренной сеткой тонкопластинчатого перлита.
601/5. Холоднодеформированная заэвтектоидная сталь
(ф. 600/1). Участок, соседний с показанным на микрофотографии
600/7. Отжиг при 700° C в течение 4 ч, охлаждение на воздухе.
Сечение взято на несколько десятых миллиметров ниже окислен¬
ной поверхности. Во время отжига окисление протекало преиму¬
щественно вдоль трещин, поэтому они заполнены окислом и возле
них имеются частично обезуглероженные области. Широкие не-
окисленные трещины заполнены ферритом.
601/6. Участок, соседний с показанным на предыдущей
микрофотографии. Холодная деформация, затем отжиг при 700° С,
4 ч, охлаждение на воздухе. Внутри перлита все пластически
деформированные полосы (ср. ф. 600/3) были видоизменены отжи¬
гом, в частности, фрагментированный цементит теперь коагули¬
ровал в глобули (см. ф. 611/6).
ДВОЙНИКОВАНИЕ
Промышленная кипящая мягкая стадь (№ 256). Краевая
зона 20-MΛt прутка квадратного сечения. Отжиг при IlOO0C
в течение 1 ч, охлаждение с печью. Динамическое сжатие при
20° C со скоростью 2 м!сек.
602/1. Сечение в направлении сжатия. Светлый фон крупных
ферритных зерен пересечен двойниками, которые при малых
увеличениях имеют вид темных линий. В некоторых зернах двой¬
ники пересекаются.
602/2. Деталь зерна с двумя двойниками, расположенными
под большим углом к плоскости шлифа. Двойники имеют весьма
неправильную форму. В нижней части микрофотографии граница
зерна состоит из полосы третичного цементита, раздробленного
деформацией. Фрагменты цементита разделены Н-образными по¬
лостями, пересекающимися линиями скольжения.
9 Металлография железа, т. III
602/3. Деталь двух ферритных зерен с субзерпами. Фер¬
ритные зерна разделены горизонтальной границей. В верхнем
зерне имеются пересекающиеся двойники.
602/4. Участок, соседний с показанным на микрофотографии
602/3. Ферритные зерна с субзернами и двумя системами двой¬
ников. Первой образовалась нижняя система и ограничила раз¬
витие второй.
602/5. Веретенообразные двойники остановились у границы
зерна, но пересекли границу субзерна, направление которой
внутри двойника изменилось.
602/6. Распространение двойников через границу зерна:
перед двойниками, которые образовались в точке соударения
двойников из соседнего зерна, появилась линия искажения ре¬
шетки. Первоначальные двойники раздробились и сместились
из-за пересечения со второй системой двойников.
602/7. Деталь двух ферритных зерен, общая граница кото¬
рых частично занята раздробленной белой полосой третичного
цементита. Нижнее зерно содержит два двойника, которые пере¬
секают субзерна и, входя в верхнее зерно, меняют свое направ¬
ление. Матрицей является деформированный феррит с двумя
пересекающимися системами линий скольжения.
Образец промышленной кипящей мягкой стали после дина¬
мического сжатия (см. ф. 602). Ориентация двойников.
603/1. Два слаботравящихся зерна с ориентацией (100);
субзерна обозначены квадратными фигурами травления. Две
темные параллельные полосы в направлении <120> представляют
собой два двойника вдоль плоскости (112).
603/2. Различно протравленные ферритные зерна, наиболее
светлое из которых ориентировано в плоскости (100) и содержит
в плоскости (112) два двойника одинакового цвета и одинакового
наклона относительно плоскости шлифа. Один из двойников
породил в соседнем зерне ряд удлиняющихся двойников.
603/3. Слаботравящееся зерно с ориентацией, близкой
к (ПО), содержит темный и более светлый двойники, т. е. выяв¬
лены три различные кристаллографические ориентации (исход¬
ного зерна и двух двойников). Одна из плоскостей двойника
перпендикулярна плоскости шлифа, другая наклонена. Справа
расположено зерно, в котором двойники протравились так же,
как и в основном зерне.
603/4. Темное зерно параллельно плоскости (112) и содержит
двойники (белые полосы), ориентированные в двух направлениях.
Светлое зерно имеет ориентацию, близкую к (221); в этом зерне
двойники имеют такую же ориентацию, как и матрица.
603/5. Деталь ферритного зерна с ориентацией, близкой
к (112). Горизонтальный двойник является препятствием для
образования других двойников.
603/6. Образец, показанный на фотографии 603/1, после
слабой статической деформации. В зерне с ориентацией, близкой
к (100), появляются линии скольжения в направлении (110>.
Темные полосы являются двойниками в плоскости (112);
следы их в направлении <120> продолжаются в соседнее зерно
с пересекающимися линиями скольжения.
РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
20-jwλ квадратный профиль из промышленной кипящей
мягкой стали. Краевая зона, сжатая статически в холодном
состоянии до 50% обжатия по толщине.
604/1. Нагрев в течение 5 мин при градиенте температур
от 500° C в левой части до 730° C в правой части фотографии.
Структура неоднородна; наряду с областями, в которых прошел
только возврат (темный участок слева), имеются рекристаллизо-
ванные области (более светлый участок справа).
604/2. Нагрев при 520° C в течение 5 мин, охлаждение на
воздухе. Деталь нерекристаллизованной структуры — левая
часть микрофотографии 604/1. Удлиненные зерна содержат ли¬
нии скольжения, которые видны более ясно, чем на микрофото¬
графиях 596 из-за выделившихся нитридов и карбидов.
604/3. Деталь предыдущей микрофотографии. Внутри де¬
формированного зерна имеется несколько широких полос с очень
тонкими линиями. Края этих полос ограничены линиями сколь¬
жения, которые появились во время деформации.
604/4. Поле, соседнее с показанным на микрофотографии
604/2, содержит три системы пересекающихся линий скольже¬
ния, некоторые из них искривлены. Линии скольжения в верхней
левой части снимка выражены очень слабо.
604/5. Поле, соседнее с показанным на предыдущей микро¬
фотографии, содержит линии скольжения различной плотности.
Некоторые линии искривлены и пересекают волнистые линии,
которые появились раньше.
604/6. Деталь микрофотографии 604/5, показано постепен¬
ное отклонение первоначальных линий скольжения из-за появ-
65
ления новых вертикальных линий скольжения. В образованных
таким образом ромбовидных участках после нагрева видна очень
мелкая сетка. Справа находится сложное включение.
Пруток из промышленной мягкой стали, деформированный
и отожженный при различных температурах (см. ф. 604).
605/1. Отжиг при 540° C в течение 5 мин, охлаждение на
воздухе. Большие белые зерна рекристаллизованного феррита
появились вдоль границы зерна (наверху) и вдоль линий сколь¬
жения. В серой матрице нерекристаллизованного феррита видны
линии скольжения, идущие в двух направлениях.
605/2. Отжиг при 560° C в течение 5 мин, охлаждение на
воздухе. Начало рекристаллизации на границе между пластин¬
чатым перлитом (темным) и фрагментированным третичным це¬
ментитом (слабопротравленные прожилки, содержащие черные
трещины).
605/3. Поле, соседнее с показанным на микрофотографии
605/2. Направление течения металла вертикальное. Тройной
стык трех ферритных зерен, содержащих линии скольжения.
Новые белые ферритные зерна образовались в наиболее деформи¬
рованных участках около трещин в межзеренном цементите и
около включений. Они растут в направлении линий скольжения.
Ориентация рекристаллизованных зерен относительно матрицы
указывается фигурами травления. Фрагментированный цементит
окружен темной каймой.
605/4. Отжиг при 600° C в течение 5 мин, охлаждение на
воздухе. Рекристаллизация довольно развита. Белые равноосные
ферритные зерна образовались на границах ферритных зерен,
содержащих третичный цементит.
605/5. Отжиг при 620° C в течение 5 мин, охлаждение на
воздухе. Новые белые зерна рекристаллизованного феррита
образовали ряды поперек темных нерекристаллизованных уча¬
стков.
605/6. Отжиг при 650° C в течение 5 мин, охлаждение на
воздухе. Белые рекристаллизованные ферритные зерна содержат
выделения нитрида железа в виде стержней. Искривленные гра¬
ницы перемещаются по направлению к темным деформированным
участкам, в которых прошел возврат. Последние содержат пере¬
секающиеся линии скольжения и изолированное зерно рекри¬
сталлизованного феррита. Справа видна раздробленная про¬
жилка третичного цементита.
Промышленная мягкая сталь (см. ф. 602). Термообработка:
1100° С, 1 ч; печь, затем динамическое сжатие при 20° С; 700° C
15 мин\ воздух.
606/1. Группа из нескольких ферритных зерен, разделенных
рядами небольших рекристаллизованных зерен (участок имеет
приблизительно 5%-суммарную деформацию). Эти зерна заро¬
дились на межзеренном цементите (см. ф. 605/3). Отжиг, по-ви¬
димому, не воздействует на двойники.
606/2. Область, соседняя с показанной на предыдущей микро¬
фотографии. Межзеренный третичный цементит, раздробленный
на куски, имеющие вид стержней, окружен рекристаллизован-
ными ферритными зернами. Нижнее зерно содержит двойник.
606/3. Двойник внутри растущего ферритного зерна. Он
связан с границей зерна через границу субзерна. Фазово-кон¬
трастное освещение.
606/4. Верхняя граница зерна перемещалась по направле¬
нию к нижней части фотографии, оставляя за собой границы
субзерен, которые связывают ее с двойниками. Фазово-контраст¬
ное освещение.
606/5. Рекристаллизованные ферритные зерна, поглотившие
зерна с двойниками. Фазово-контрастное освещение.
606/6. Тройной стык зерен феррита после холодной деформа¬
ции и возврата. Зерна феррита содержат субзерна, возникшие
до деформации. Двойники, образовавшиеся в нижнем зерне,
проходят в верхнее зерно через границу, на которой расположена
фрагментированная цементитная полоса. Верхнее зерно содержит
двойник и параллельные полосы деформации. В результате
нагрева образовались концентрические кольца, которые яв¬
ляются дислокациями, декорированными мелкими выделе¬
ниями.
606/7. Ферритное зерно после возврата; видны следы де¬
формации и белое яйцеобразное зерно рекристаллизованного
феррита (детали см. на ф. 607).
607/1. Участок около показанного на микрофотографии
606/7; видно светлое рекристаллизованное зерно, которое начало
поглощать соседние зерна с двойниками.
607/2. Участок около показанного на микрофотографии
607/1. Ориентированные выделения в феррите около пересечений
двойников после возврата.
607/3. Различные конфигурации выделений, декорирующие
границы субзерен и дислокации. В верхней части фотографии
находится граница зерна.
66
Та же мягкая сталь после динамического сжатия, отжига
при 760° C в течение 5 мин и охлаждения на воздухе.
607/4. Небольшие светлые зерна рекристаллизованного фер¬
рита, поглощающие деформированное зерно, в котором прошел
возврат. Последнее содержит двойник той же ориентации, что и
соседнее зерно. Темные участки состоят из тонкопластинчатого
перлита.
607/5. Область, соседняя с показанной на предыдущей микро¬
фотографии. Небольшие зерна рекристаллизованного феррита
на краях белых линз цементита, окруженных черным ореолом
тонкопластинчатого перлита, который появился в результате
частичного α → у → а-превращения. Двойник слева частично
поглотился рекристаллизованным зерном. В верхнем зерне про¬
шел возврат.
607/6. Область, соседняя с показанной на микрофотографии
607/5. Ферритное зерно содержит двойники, доходящие до со¬
седних зерен. Темное включение тонкопластинчатого перлита
появилось после нагрева в критическом интервале температур.
607/7. Деталь микрофотографии 607/6, показано зерно фер¬
рита после возврата. Двойники, ориентация которых очень
близка к ориентации соседних зерен, обусловливают округление
границ зерен в результате установления ориентационного соот¬
ветствия поверхностей раздела.
КРИТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
20-мм пруток квадратного сечения из промышленной кипя¬
щей мягкой стали (№ 256). Нормализация при 900° C и стати¬
ческое сжатие при 20° С. Максимальное обжатие по толщине
в центре 62%. Отжиг в течение 1 ч при указанных температурах
с последующим охлаждением на воздухе. В двух колонках по¬
казаны одни и те же образцы, протравленные двумя различными
реактивами.
608/1. Влияние температуры отжига на размер зерен. В наи¬
более сильно деформированной области (62%) мелкие рекристал¬
лизованные зерна сохраняются от 550 до 900° С. При 600° C
рекристаллизация обнаруживается в области, деформированной
более чем на 20%. Крупные зерна появляются в результате кри¬
тической деформации (в этом случае между 8 и 14%) приблизи¬
тельно при 700° C и существуют до 850θ С. Этого можно избежать
только отжигом выше АСз. Выше 900° C размер зерен однородный.
608/2. Соотношение между количеством зерен, в которых
прошел возврат, и рекристаллизованных зерен. При 550° C
область, деформированная более чем на 25%, рекристаллизована
на 95%. Выше этой температуры рекристаллизация заканчи
вается и простирается до темных деформированных зерен (см.
ф. 609). Темная деформированная область, в которой прошел
возврат, содержащая линии скольжения, исчезает только при
температуре выше Acj (890° С). Небольшие темные кольца соот¬
ветствуют отпечаткам при измерении твердости и выявляются
в результате полировки и травления.
Лист средней толщины из кипящей мягкой стали. Состоя¬
ние прокатки. Сжатие в холодном состоянии. Обжатие по тол¬
щине 18%.
608/3. Продольное сечение. Волокнистая структура свиде¬
тельствует о деформации сжатием (в центре) и горячей резке
(верхняя часть фотографии). Наиболее темная часть является
ликвационной областью листа.
608/4. Образец, показанный на микрофотографии 608/3
после отжига при 700° C в течение 1 ч и охлаждения на воздухе.
Крупнозернистая зона, соответствующая критической степени
деформации, менее отчетлива в ликвационной осевой области,
чем на поверхности листа (см. ф. 613/3).
608/5. То же поле после травления другим реактивом. He-
деформированная область после рекристаллизации белая, а
деформированная нерекристаллизованная область черная с вы¬
делениями, сконцентрированными в том участке листа, в котором
произошла ликвация«
Детали образцов, показанных на микрофотографии 608/2.
Деформированы в холодном состоянии и отожжены.
609/1. Отжиг при 550° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
609/2. Отжиг при 600° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
609/3. Отжиг при 700° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
609/4. Отжиг при 800° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
Светлые области: недеформированная (верхняя часть каждой
фотографии) и рекристаллизованная зоны (в нижней части).
Темные области: соответствуют небольшой деформации с после¬
дующим возвратом; в феррите содержатся черные выделения.
После низкотемпературного отжига область, в которой про¬
шел возврат, и рекристаллизованнаяХобласть врастают одна
в другую. При повышении температуры отжига рекристаллизация
продвигается в менее деформированные области. Переход между
этими двумя областями хорошо виден после отжига при темпера¬
туре выше 700° С; рекристаллизованные зерна появляются за
пределами участков соприкосновения с цилиндрическими штам¬
пами.
Плотность выделений в феррите, по-видимому, максимальна
после отжига приблизительно при 700° С.
3-λiλ< лист из кипящей мягкой стали. Деформация растя¬
жением. Отжиг при 700° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
609/5. Плоский клиновидный образец для испытания на
растяжение. Крупные зерна появились в зоне критической де¬
формации между 5 и 9% удлинения. Максимальная деформация
в области шейки дала мелкие зерна.
609/6. Нормальный плоский образец для испытания на рас¬
тяжение с асимметрично обработанными заплечиками. Область
критической деформации из-за постоянной ширины калиброван¬
ной части более концентрирована, чем в образце на предыдущей
микрофотографии, и наклонена относительно оси образца.
Тот же эффект можно получить при асимметричном нагружении
образца.
609/7. Головки двух рельсов, сваренных и выправленных
в холодном состоянии (ср. ф. 587/5). Продольное сечение. Линии
скольжения появились во время правки в зоне, где ферритная
сетка была наиболее толстой и сплошной (мелкозернистая зона
образовалась во время сварки).
Кипящая мягкая сталь (№ 236). Нормализация, затем
холодная деформация от 0 до 65%; отжиг при 700° C в течение
1 ч, охлаждение на воздухе.
610/1. Исходные мелкие ферритные зерна (верхняя часть
фотографии) продолжают существовать вплоть до критической
степени холодной деформации (12%). Рекристаллизованные
зерна в этом случае очень крупные. Затем при деформации от 12
до 65% зерна постепенно уменьшаются.
610/2. Деталь предыдущей микрофотографии. После терми¬
ческого травления зерна в зависимости от их ориентации окра¬
сились в разные цвета. Область критической деформации выяв¬
ляется весьма отчетливо. Некоторые крупные зерна содержат
небольшие зерна различной ориентации.
То же, что и на микрофотографиях 610/1 и 2, но отжиг
при 760° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
610/3. Обнаруживается та же последовательность размеров
зерен.
610/4. Деталь левой части предыдущей микрофотографии.
Область деформирована менее чем на 12%. В мелких нерекри-
сталлизованных зернах заметны следы скольжения, а в крупных
рекристаллизованных зернах имеются небольшие новые феррит¬
ные зерна, образовавшиеся в результате нагрева выше точки Ac
6М/5. Деталь правой части микрофотографии 610/3. Область
деформирована более чем на 12%. Зерна уменьшаются постепенно
по мере увеличения степени холодной деформации. И в этом слу¬
чае островки меж- и внутрикристаллического феррита, зародив¬
шиеся около перлита, появляются в результате термической обра¬
ботки в зоне превращения.
610/6. Та же деталь при большом увеличении. Внутри круп¬
ных зерен можно видеть глобули третичного цементита, которые
сначала находились на границах ферритных зерен.
610/7. Другая деталь микрофотографии 610/4. Фазово¬
контрастное изображение зерен рекристаллизованного феррита
(верхняя часть фотографии) и островков перлита, окруженных
«новыми» ферритными зернами. В зернах нерекристаллизованного
феррита содержатся ломаные границы субзерен, свидетельствую¬
щие о полигонизации.
611/1. Участок с нерекристаллизованными зернами на микро¬
фотографии 610/3, показаны полигонизованные субзерна и ре¬
кристаллизованные зерна. В нижнем рекристаллизованном
зерне имеется небольшое белое зерно феррита в виде полумесяца,
которое появилось во время охлаждения из двухфазной области
(760° С).
611/2. Область, соседняя с показанной на предыдущей микро¬
фотографии; содержит три ферритных зерна различного проис¬
хождения. Внутри крупного рекристаллизованного зерна фер¬
рита имеется изолированное полигонизованное зерно. В правом
верхнем углу на темном островке перлита зародилось зерно
«нового» феррита; они оба представляют собой одно аустенитное
зерно, которое существовало выше точки ACi. Фазово-контраст¬
ное освещение.
611./3. 20-мм квадрат из промышленной кипящей мягкой
стали (№ 236). Исходное состояние нормализованное. Сначала
холодная деформация на 12% в вертикальном направлении с по¬
следующим отжигом при 700° C в течение 1 ч, охлаждение на
воздухе, затем вторая деформация на 25% с последующим вторым
отжигом при 700° C в течение 1 ч, охлаждение на воздухе. После
первой рекристаллизации появились вертикальные полосы круп¬
ных зерен, после второй рекристаллизации — горизонтальные
полосы мелких зерен, граничащие с крупными.
Критическая холодная деформация очень крупных зерен не
вызвала дополнительного роста зерен.
Пруток из стали с 0,38% C (№ 259). Термообработка:
1000° С, 10 мин; печь; последующий отжиг при 700° С, 1 ч; воздух.
611/4. В этой зоне критической холодной деформации гра¬
ницы зерен мигрировали, причем бывшие границы ферритных
зерен заметны благодаря декорированию межзеренными выделе¬
ниями. Перлит практически не изменился. Некоторые нерекри-
сталлизованные зерна феррита сохранили следы холодной де¬
формации.
611/5. Образец, показанный на микрофотографии 611/4.
Та же обработка, но большая степень деформации (обжатие по
толщине 30%). Рекристаллизация феррита закончена, но перлит
сохранил свою удлиненную форму.
611/6. Деталь образца, показанного на микрофотографии
611/5. Равноосный феррит и островки перлита, в которых кар¬
биды сильно сфероидизированы в противоположность тому, что
видно на микрофотографии 611/4, где не все пластинки раздроб¬
лены деформацией (см. ф. 601/6).
НЕОДНОРОДНАЯ ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ]
Кипящая мягкая сталь для сварных труб
612/1. Простой прямоугольный изгиб. На наружной стороне
имеются ферритные зерна, удлиненные параллельно поверхности
листа. На внутренней стороне сжатие удлинило зерна перпенди¬
кулярно к поверхности (см. ф. 611/1).
612/2. Сварная цилиндрическая труба, протянутая до трубы
квадратного сечения с округленными углами. Во время изгиба
сжатие трубы по периметру уменьшило удлинение зерен во вну¬
треннем углу и увеличило его во внешнем.
612/3. Цилиндрическая труба, протянутая до трубы квадрат¬
ного сечения с острыми углами. Сжатие по периметру таково, что
на внутренней стороне угла образуется сильно деформированный
выступ (ср. ф. 612,7).
612/4. Гнутый угол (см. ф. 612/1) после отжига при 700° C
в течение 30 мин и охлаждения на воздухе. Мелкие зерна обра¬
зовались в результате холодной деформации более чем на 12%.
В структуре наблюдается симметрия относительно нейтральной
оси (ср. ф. 613/2).
612/5. Гнутый угол (см. ф. 612/2) после отжига при 700° C
в течение 30 мин и охлаждения на воздухе. Область критической
холодной деформации (крупные зерна) переместилась к наружной
поверхности угла.
612/6. Гнутый угол (см. ф. 612/3) после отжига при 700° C
в течение 30 мин и охлаждения на воздухе. Отсутствие крупных
зерен на наружной поверхности угла трубы показывает, что все
зерна на микрофотографии 612/3 деформированы сжатием. Корот¬
кая трещина на внутренней стороне угла.
612/7. Деталь микрофотографии 617/3; наклепанное состоя¬
ние. На наружной стороне (слева на фотографии) имеются равно¬
осные ферритные зерна, которые образовались из слабодеформи-
рованного материала. Слева направо зерна удлиняются, причем
степень холодной деформации на внутренней поверхности трубы
превышает 60%. После деформации из-за упругой отдачи может
возникнуть трещина на внутренней стороне угла (см. ф. 612/6).
613/1. Деталь микрофотографии 612/1; наклепанное состоя¬
ние. Удлинение ферритных зерен свидетельствует о том, что на
наружной поверхности изгиба имеются растягивающие напряже¬
ния, а на внутренней поверхности — сжимающие.
613/2. Деталь из микрофотографии 612/4. Показанный на
микрофотографии 613/1 изгиб после отжига при 700° C в течение
30 мин и охлаждения на воздухе. На каждой стороне нейтральной
оси деформированные приблизительно на 10% области состоят
из крупных зерен. Области с большей деформацией состоят из
довольно мелких рекристаллизованных зерен.
ЛИКВАЦИЯ И ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
Кипящая углеродистая мягкая сталь. После определенного
периода затвердевания в изложницу было добавлено большое
количество алюминия (полуспокойная сталь, № 260). Поперечное
сечение полки сортового профиля. Обработка: неравномерная
холодная деформация (см. ф. 610/1), затем отжиг при 700° C
в течение 1 ч, охлаждение на воздухе.
613/3. В верхней и нижней части снимка краевые зоны пере¬
секаются полосой крупных зерен (критическая холодная де-
67
формация). Центральная зона соответствует раскисленной сеод-
цевине слитка; в сердцевине величина критической холодной
деформации возросла и зерна мельче, чем в нераскисленной
части. Белые участки обогащенного примесями металла соот¬
ветствуют внутреннему кольцу газовых пузырей в слитке.
813/4. Деталь предыдущей микрофотографии на внутреннем
кольце газовых пузырей в слитке; раскисленный металл (внизу)
с нерекристаллиэованными зернами; нераскисленный металл
(вверху) с тем же распределением размеров зерен, что и на микро¬
фотографии 610/2.
613/5. Область критической холодной деформации в краевой
зоне листа (см. ф. 613/1). Светлые полигонизованные и рекристал-
лизованные зерна. Несколько черных включений алюмината.
613/6. Область, соответствующая внутреннему кольцу газо¬
вых пузырей в слитке (см. правую часть микрофотографии 613/1).
Вверху — рекристаллизованные ферритные зерна из нераскис¬
ленной области, внизу — раскисленная область с рекристалли-
зованными зернами. Две темные горизонтальные полосы металла
с зернами нерекристаллизованного феррита и с высоким содержа¬
нием алюминия.
613/7. Деталь предыдущей микрофотографии. Светлые ре¬
кристаллизованные зерна со средним содержанием алюминия.
В правой части, усеянной темными алюминатными включе¬
ниями — зерна полигонизованного феррита.
ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
614/1. Деформированный в холодном состоянии и затем
отожженный 2-мм лист из очень малоуглеродистой кипящей
стали. Термообработка: 900° C1 45 мин; воздух -|- деформация
на 30%; 700° С, 15 мин; воздух.
Зерна различной ориентации окрашены в разные цвета.
Соседние зерна одинакового цвета имеют общую кристаллогра¬
фическую ось, перпендикулярную к плоскости фотографии, но
их ориентации в этой плоскости различны. В центре микрофото¬
графии имеется островок третичного цементита, раздробленного
Деформацией (см. ф. 601/2).
614/2. Нормализованная мягкая сталь с 0,15% С. Ориен¬
тация ферритных зерен указывается их цветом и фигурами трав¬
ления. В середине микрофотографии — темный островок перлита.
614/3. Деталь того же образца после 15% холодной деформа¬
ции. Квадратные фигуры травления свидетельствуют о том, что
зерно имеет ориентацию, близкую к (100). Линии скольжения
ориентированы параллельно направлению <110> диагоналей
этих фигур травления и под углом, близким 20°, к этим диагона¬
лям. Расплывчатое изображение соседних деформированных
зерен.
614/4. Звено цепи для снега из малоуглеродистой цемен¬
тованной стали. Термообработка: 950° С; воздух; 800° С, 10 мин;
вода. Сечение, близкое к излому. Под закаленной мартенситной
поверхностью (коричневая полоса справа) находятся крупные
белые зерна феррита, содержащие двойники, появление которых
обусловлено низкотемпературной деформацией крупных зерен.
Имеются также небольшие белые зерна феррита без видимых
следов деформации.
614/5. Плоскость проходит через зону столбчатых кристал¬
лов 4-т слитка стали с 4% Si (см. ф. 505/3). После полировки
и травления выявились черные трещины вдоль плоскостей (100)
двух зерен и несколько систем двойников.
614/6. Деталь одного из показанных выше зерен. Направле¬
ние затвердевания (100) соответствует направлениям трещин
(100), двойникам и фигурам травления квадратной формой.
Фигуры травления в полосах с двойниками и в исходном зерне
различны (см. ф. 603/4).
614/7. Участок, соседний с показанным на предыдущей ми¬
крофотографии. Выше черного излома видны два ферритных зерна
с двойниками и фигурами травления. Граница зерна декорирована
цементитом и перлитом. Справа находится полиэдрическое жел¬
тое включение нитрида тигана.
СТРУКТУРА ЛИСТОВЫХ СТАЛЕЙ
для вытяжки
Влияние постоянной степени холодной деформации и повы¬
шающихся температур отжига на структуру листов. Отжиг
в градиентной печи. Продольное сечение от поверхности к центру
листа (продольное направление листа расположено вертикально).
615/1. 3-мм лист из малоуглеродистой кипящей стали
(№ 261), прокатанный в холодном состоянии до толщины 1,05 мм
(обжатие по толщине 65%). Кратковременный цикл отжига в за¬
щитной атмосфере: нагрев 3 ч, выдержка 1 ч, охлаждение 6 ч.
Волокнистая структура вытянутых при деформации зерен
исчезла в результате отжига при 550° С. Образовались мелкие
равноосные рекристаллизованные зерна, особенно на поверх¬
ности листа (см. ф. 616).
615/2. Я-лси лист из малоуглеродистой кипящей стали
(№ 262), прокатанный в холодном состоянии до толщины 1,05 мм
(обжатие по толщине 65%). Длительный отжиг в защитной атмо¬
сфере: нагрев 20 ч, выдержка 10 ч, охлаждение 40 ч.
Волокнистая структура исчезла при более низкой темпера¬
туре отжига (приблизительно 510° С). Выросли небольшие ре¬
кристаллизованные зерна; материалу краевой зоны слитка соот¬
ветствует поверхностный слой крупных равноосных зерен (см.
ф. 617).
615/3. 3-λlw лист из спокойной малоуглеродистой стали
(№ 263), прокатанный в холодном состоянии до толщины 1,05 мм
(обжатие по толщине 65%). Длительный цикл отжига в защитной
атмосфере: нагрев 20 ч, выдержка 10 ч, охлаждение 40 ч.
Рекристаллизация начинается на поверхности листа при
485° С. По мере повышения температуры рекристаллизация рас¬
пространяется в глубь листа и заканчивается при 520° С. Затем
рекристаллизованные зерна растут равномерно, но остаются
вытянутыми в направлении прокатки (см. ф. 618 и 619).
1,05-λiλi лист из кипящей стали (см. ф. 615/1). Кратковре¬
менный отжиг после холодной прокатки (обжатие 65%).
616/1. Изменение размеров рекристаллизованных зерен по
всей толщине листа после отжига при различных температурах.
При 550° C зерна равноосны и полностью рекристаллизованы,
затем при более высоких температурах они растут. Зерна на
поверхности несколько крупнее, чем в ликвированном центре.
Твердость (HRB) уменьшается с 86 при 520° C до 42 при 720° С.
616/2. Отжиг при 480° С. Удлиненные зерна холоднодеформи-
DOBaHHoro феррита, в котором прошел только возврат. Несколько
черных нитей включений 90 HRB.
616/3. Деталь предыдущей микрофотографии. Пересекаю¬
щиеся линии скольжения во многих зернах, некоторые границы
зерен содержат раздробленные частицы цементита, разделенные
полостями (черные точки).
616/4. Отжиг при 520° С. Начало рекристаллизации на фоне
нерекристаллизованных зерен феррита, вытянутых в направле¬
нии прокатки, видны небольшие светлые равноосные зерна.
86 HRB.
616/5. Деталь предыдущей микрофотографии. Светлые рав¬
ноосные рекристаллизованные зерна феррита на фоне нерекри¬
сталлизованных декорированных тонкими пересекающимися
линиями скольжения. Очень мелкие рекристаллизованные зерна
похожи на межзеренный глобулярный цементит.
616/6. Область, соседняя с показанной на микрофотографии
616/5. Те же объяснения. Вдоль границы деформированного
зерна феррита образовался ряд светлых рекристаллизованных
зерен.
1,05-мм лист из кипящей стали (см. ф. 615/2). Длительный
отжиг после холодной прокатки (обжатие 65%).
617/1. Изменение размеров рекристаллизованных зерен по
толщине листа после отжига при различных температурах. Так
как лист изготовлен из головной части слитка, ликвированная
сердцевина ясно отмечается толстой полосой в центре листа,
которая после отжига становится менее темной. Рекристалли¬
зация начинается в чистой зоне при 485° С; зерно растет вплоть
до 720° С.
617/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Лист, отожжен¬
ный при 480° С; чистая зона. Около 40% феррита рекристалли-
зовалось: светлые равноосные зерна расположены вдоль направ¬
ления прокатки. Матрица — удлиненные зерна нерекристалли¬
зованного феррита.
617/3. Деталь микрофотографии 617/2. Светлые зерна ре-
кристаллизованного феррита в матрице возвращенного феррита.
617/4. Деталь микрофотографии 617/1 в центре листа, ото¬
жженного при 485° С. Здесь светлые зерна рекристаллизован-
ного феррита мельче и многочисленнее, чем на поверхности (см.
ф. 617/3).
617/5. Деталь микрофотографии 617/1. Отжиг при 685° С.
Рекристаллизация завершена. В верхней части слитка — крае¬
вая зона с крупными равноосными рекристаллизованными зер¬
нами. В нижней части — середина листа с более мелкими зер¬
нами и прожилками глобулярного цементита.
617/6. Отжиг при 755° С. Крупные равноосные зерна фер¬
рита. Во время медленного охлаждения третичный цементит
из зоны превращения переместился на границы зерен.
l,05-ΛCΛt лист из спокойной стали (см. ф. 615/3). Холодная
деформация (65% обжатия, затем длительный отжиг).
618/1. Отжиг при 485° С. Центр листа (см. также ф. 618/7).
Рекристаллизация еще не началась: удлиненные ферритные зерна
содержат несколько черных линий, 92 HRB.
68
618/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Матрица со¬
стоит из нерекрнсталлизованного феррита с многочисленными
линиями скольжения. Белые межзеренные частицы раздроблен¬
ного цементита чередуются с черными точками (микротрещи-
нами). Эти цепочки образуют черные линии, видимые на микро¬
фотографии 618/1.
618/3. Отжиг при 520° С. Светлые равноосные зерна рекри-
сталлизованного феррита в нерекристаллизованной ферритной
матрице. Новые зерна весьма различны по размеру. 88 HRB.
618/4. Деталь предыдущей микрофотографии. Рекристалли-
зованные ферритные зерна слегка удлинены в направлении про¬
катки (ср. с кипящими сталями). Иногда эти зерна имеют зуб¬
чатую форму.
618/5. Отжиг при 685° С. Рекристаллизация завершена.
Зерна вытянуты в направлении прокатки. Видны ряды темных
частиц глобулярного цементита. 32 HRB.
618/6. Отжиг при 760° С. Крупные зерна рекристаллизован-
ного феррита удлинены в направлении прокатки. Третичный
цементит в этом случае концентрируется на границах зерен
(из-за нагрева в зоне превращения). 20 HRB.
618/7. Отжиг при 485° С. Участок вблизи поверхности листа;
здесь рекристаллизация начинается раньше, чем в центре (см.
ф. 618/1).
618/8. Отжиг при 515° С. Рекристаллизация завершена на
глубине 0,22 леи. Внутренние участки остались нерекристалли-
зованными.
619/1. Отжиг при 540° С. Сечение через всю толщину листа.
Рекристаллизация прошла по всему объему. Мелкие ферритные
зерна слегка удлинены. Несколько горизонтальных линий сви¬
детельствуют о слегка полосчатой структуре. 39 HRB.
619/2. Отжиг при 660° С. Полная толщина листа. Те же осо¬
бенности, что и в приведенной выше микрофотографии, но размер
зерен больше. 34 HRB,
619/3. Образец, показанный на микрофотографии 619/1,
после термического травления, которое лучше выявляет размер
и форму зерен.
619/4. Образец, показанный на микрофотографии 619/2,
после термического травления. И в этом случае имеется слабая
полосчатая структура с несколькими включениями.
619/5. Отжиг при 710° С. Полная толщина листа. При этой
температуре рекристаллизованные зерна крупнее. Часто на
поверхности зерна мельче, чем в центре. 28 HRB.
619/6. Отжиг при 760° С. Зерна немного крупнее, чем при
710° С. Полосчатая структура выражена весьма неотчетливо.
21 HRB.
619/7. Деталь микрофотографии 619/3. Область в центре
листа, показывающая эффекты травления, обусловленные поло¬
счатостью на фоне зерен, рекристаллизованных при 540° С.
619/8. Деталь микрофотографии 619/6. Область в центре листа;
после отжига при 760° C полосчатость гораздо менее заметна.
3-мм лист из кипящей стали (№ 264), прокатанный в хо¬
лодном состоянии до 0,6 мм (обжатие по толщине 80%). Длитель¬
ный отжиг: нагрев 20 ч, выдержка 10 ч, охлаждение 40 ч.
620/1. Отжиг при различных температурах. Полная толщина
листа. Волокнистая структура однородна до отжига приблизи¬
тельно при 480° С. При 510° C рекристаллизация практически
заканчивается; в центре листа — мелкие зерна и на поверхности—
крупные. Эта разница в размерах зерен сохраняется до макси¬
мальных температур отжига.
620/2. Отжиг при 485° С. Поверхностная (или краевая) зона.
Рекристаллизация началась: образовалось много мелких свет¬
лых равноосных зерен феррита. 67 HRB.
620/3. Деталь предыдущей микрофотографии: светлые зерна
рекристаллнзованного феррита в нерекристаллизованной серой
ферритной матрице. Число зародышей и мелких зерен на поверх¬
ности меньше, чем в центре.
620/4. Отжиг при 500° С. В верхней части микрофотографии
поверхность листа: видны светлые равноосные зерна кристалли¬
зованного феррита и серая нерекристаллизованная ферритная
матрица. В нижней части микрофотографии показаны мелкие
равноосные рекристаллизованные зерна с большим количеством
включений (расположенных на одной линии черных точек).
58 HRB.
620/5. Отжиг при 515° С. В верхней части микрофотогра¬
фии — поверхность листа, где все зерна рекристаллизованы.
В центре листа более мелкие зерна, чем на поверхности. Черные
точки — это включения. 55 HRB.
Влияние небольших степеней холодной деформации на
структуры листов до и после рекристаллизации.
Спокойная малоуглеродистая сталь (№ 265), прокатанная
в холодном состоянии при различных степенях обжатия по тол¬
щине.
621/1. Деформированная неотожженная структура до от¬
жига: до 10% обжатия — равноосные зерна; от 17 до 46% обжа¬
тия — удлиненные зерна.
621/2. Структуры после рекристаллизации. После 2% обжа¬
тия количество зерен не изменилось. Во всех деформированных
зернах прошла полигонизация. На поверхности сохранился слой
мелких зерен.
После обжатия свыше нескольких процентов (критическая
холодная деформация) внезапно наступает рекристаллизация.
Например, при 5 и 10% обжатия зерна такие крупные, что за¬
нимают практически всю толщину листа (как и в материале, со¬
держащем несколько процентов кремния).
По мере того, как возрастает деформация, зерна становятся
все мельче: при 17% обжатия они все еще велики, но свыше 40%
обжатия их размер уменьшается (ср. ф. 610/2). На обеих поверх¬
ностях листа имеется слой очень мелких зерен (ср. ф. 622/3).
Продольное сечение через всю толщину листа.
622/1. Структуры трех листов, прокатанных в холодном со¬
стоянии при 2, 10 и 46% обжатия и затем отожженных при
520° С. Эти листы находятся в нерекристаллизованном состоянии
и поэтому их структуры очень близки к структуре стали в на¬
клепанном состоянии: до обжатия приблизительно 10% — равно¬
осные зерна, а при обжатии 46% — удлиненные зерна (см.
ф. 596).
622/2. Деталь поверхностных участков листа, показанного
на микрофотографии 621/2 (10%, 700° С). Очень мелкие зерна.
Ряды темных окисных частиц копируют границы зерен. Границы
зерен окислены до глубины 30 мкм.
622/3. Область, соседняя с показанной на предыдущей микро¬
фотографии, после слабого травления. При темнопольном осве¬
щении окисные частицы и границы зерен кажутся белыми.
Окислы находятся на границах зерен и замедляют их рост.
В нижней части микрофотографии имеется очень крупное зерно,
появившееся в результате критической холодной деформации.
Аналогичное влияние критической холодной деформации пока¬
зано на микрофотографии 622/4.
622/4. Структуры тех же листов, прокатанных в холодном
состоянии в области критической холодной деформации (10%)
и затем отожженных между 410 и 680° С. Вплоть до 535° C
ферритные зерна, по-видимому, не рекристаллизуются. Некото¬
рые зерна растут после отжига при 650 и 665° С. При 680° C
(см. ф. 621/2) один кристалл практически занимает всю толщину
листа. Мелкие зерна сохраняются только в поверхностном слое
(см. ф. 622/3); внутри большого рекристаллнзованного зерна
остаются изолированные полигонизованные зерна (см. ф. 611/2).
Отжиг в печи непрерывного действия.
0,25-λlm горячекатаный лист из малоуглеродистой кипящей
стали, прокатанной в холодном состоянии. Скорость прохож¬
дения листа через печь 50 m{muh (небольшая скорость). Струк¬
туры в центре листа.
623/1. Отжиг при 537° С. В серой матрице сильно удлинен¬
ных зерен видны очень мелкие светлые равноосные зерна рекри-
сталлизованного феррита, напоминающие глобули раздроблен¬
ного цементита.
623/2. Отжиг при 576° С. Рекристаллизация приблизительно
на 50%; светлые зерна рекристаллнзованного феррита выстрои¬
лись в направлении прокатки; некоторые имеют следы волокни¬
стой структуры. Серая матрица нерекрнсталлизованного феррита
с прожилками цементита, небольшими трещинами и включе¬
ниями.
623/3. Отжиг при 583° С. Рекристаллизация прошла прибли¬
зительно на 70%. Светлые рекристаллизованные зерна, слегка
удлиненные в направлении прокатки. Матрица та же, что и на
микрофотографии 623/2.
623/4. Отжиг при 590° С. Почти полная рекристаллизация с
образованием равноосных зерен. Несколько удлиненных остров¬
ков феррита, в котором прошел возврат, но не прошла рекристал¬
лизация. Имеются также области с белыми цементитными части¬
цами, ограниченными черными трещинами.
623/5. Отжиг при 610° С. Прошла полная рекристаллизация
с образованием равноосных зерен- Неотчетливые параллельные
линии — это следы волокнистой структуры, возникшей в ре¬
зультате холодной деформации. Ряды белых частиц — это меж-
зеренный цементит (см. поверхность листа на микрофотографии1
624/8).
623/6. Отжиг при 723° С. Рекристаллизованные зерна не¬
сколько крупнее, чем при 610° С. Выше этой температуры за¬
метно ослабление волокнистой структуры в матрице. Цементит
начинает собираться на границах зерен.
623/7. Отжиг при 790° С. Рекристаллизованные зерна круп¬
нее, чем при 723° С. Углерод сконцентрировался на границах
зерен в виде темных областей перлита (была превышена темпе-
69
paτypa Xcj) и третичного цементита (вследствие медленного
охлаждения).
623/8. Отжиг при 812° С. Рекристаллизованные зерна. Мигра¬
ция углерода та же, что и на микрофотографии 623/7. Некоторые
границы ферритных зерен окружены островками, особенно в об¬
ластях с максимальным содержанием углерода (см. ф. 624/5—7).
Скорость прохождения листа через печь 282 m∣muh (большая
скорость).
624/1. Отжиг при 610° С. Рекристаллизация начинается при
более высокой температуре (см. ф. 623/1). Очень мелкие равноос¬
ные зерна рекристаллизованного феррита появились в серой
матрице сильно вытянутых ферритных зерен. Видны раздроблен¬
ные белые частицы цементита с черными трещинами.
624/2. Отжиг при 620° С. Объяснения те же, что и для преды¬
дущей микрофотографии, но рекристаллизация продвинулась
дальше.
624/3. Отжиг при 647° С. Рекристаллизация на 60%. Пред¬
почтительный рост рекристаллизованных зерен в направлении
прокатки. Матрица имеет волокнистую структуру, состоящую
из удлиненных зерен.
624/4. Отжиг при 717° С. Прошла полная рекристаллизация
с образованием равноосных зерен, пересеченных белыми волок¬
нами (как, например, на микрофотографии 623/5). Темные про¬
жилки — это включения раздробленного цементита.
624/5. Отжиг при 788° С. Как и на микрофотографии 623/7,
нагрев в интервале температур превращения вызвал обогащение
углеродом межзеренных областей; ряды темных островков очень
тонкопластинчатого перлита окружены островками феррита.
624/6. Отжиг при 790° С. Островки феррита после более
сильного травления. Эти островки представляют собой следы
межзеренных у-областей, которые существовали в области пре¬
вращения Affi—АСз и затем превратились в новый феррит и
перлит.
624/7. Отжиг при 812° С. Структура, аналогичная показан¬
ной на микрофотографии 618/5, но с большим количеством аусте¬
нита. Почти совсем исчезла волокнистая структура, которая
была видна на микрофотографии 624/5.
624/8. Деталь микрофотографии 623/5 (небольшая скорость
прохождения через печь при 610° С). Поверхность листа с более
низким содержанием цементита и отсутствием волокнистой струк¬
туры (на микрофотографии 623/5 видны неотчетливые линии).
Отжиг рулонов в колпачковой печи с контролируемой атмо¬
сферой. Нагрев 22 ч, выдержка 3 и 35 ч при указанных темпера¬
турах, охлаждение 40 ч. Продольные сечения листов.
625/1. 0,9-л<л< лист из кипящей основной бессемеровской
стали, прокатанной в холодном состоянии при обжатии 60%.
В верхнем ряду показана структура кромки листа, в нижнем —
структура середины листа. Зерна растут с увеличением темпе¬
ратуры отжига и продолжительности выдержки. В середине
листа зерна несколько мельче, чем на поверхности.
625/2. 0,9-мм лист из кипящей мартеновской стали, про¬
катанной в холодном состоянии при обжатии 60%. В верхнем
ряду показана структура кромки листа, в нижнем — структура
середины листа.
Зерна растут с увеличением температуры отжига и продол¬
жительности выдержки. Поверхность листа находится в нижней
части микрофотографии, а середина — в верхней. Можно видеть
несколько темных прожилок включений.
СТРУКТУРА ЛИСТОВ ИЗ АРМКО-ЖЕЛЕЗА (№ 269)
Горячекатаный лист толщиной 2,5 мм.
626/1. Продольное сечение по толщине листа. Удлиненные
ферритные зерна с многочисленными субзернами.
626/2. Тот же образец, после травления, выявляющего суб¬
зерна. Границы зерен видны хуже, чем на предыдущей микро¬
фотографии.
626/3. Деталь микрофотографии 626/2; показано деление
удлиненных ферритных зерен на субзерна (температура прокатки
была относительно низкой).
626/4. Область того же листа с сильной ликвацией. Светло¬
серые сильно вытянутые включения оксисульфида железа и
темные силикатные включения удлиненной формы. Эти включе¬
ния способны деформироваться при высоких температурах.
626/5. Нормализованный горячекатаный лист. Равноосные
ферритные зерна с несколькими субзернами.
Холоднокатаный лист толщиной 1 мм.
626/6. Сильно удлиненные зерна деформированного в холод¬
ном состоянии феррита с многочисленными пересекающимися
линиями скольжения. Некоторые зерна имеют форму узких
веретен. Видно несколько темных включений.
70
626/7. Поле, соседнее с показанным на микрофотографии
626/6, после другого травления, более ясно выявляющего линии
скольжения внутри зерен. В нижней части микрофотографии
видны небольшие светлые раздробленные карбиды вместе с тем¬
ными включениями.
626/8. Часть холоднокатаного листа с наибольшей ликва¬
цией. Удлиненные силикатные включения раздроблены на поли¬
эдрические участки. Там, где расстояния между фрагментами
включений достаточно велики, пространство заполняется фер¬
ритом.
структура ЛИСТОВ
ИЗ КРЕМНИСТОЙ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ
Листы с беспорядочно ориентированными зернами. Про¬
дольные сечения по толщине.
627/1. Кремнистая сталь с 1,8 Si (№ 270). Горячекатаная
сутунка толщиной 9 мм. Ферритные зерна встречаются наряду
с темными участками межзеренного перлита. Структура состоит
из чередующихся полос φepp¾τa и перлита.
627/2. Деталь предыдущей микрофотографии; показаны
полоса крупнозернистого феррита и полоса с более высоким
содержанием углерода (темный перлит в нижней части микро-
627∕√3. Кремнистая сталь с 1,8% Si. 0,1 мм горячекатаный
лист из сутунки, показанный на микрофотографии 627/1. Матрица
из удлиненных ферритных зерен содержит множество темных
удлиненных перлитных участков. Содержание углерода ниже,
чем на микрофотографии 627/1. Потеря энергии составляет
2,6 вт.
627/4. Деталь микрофотографии 627/3. Удлиненные зерна
кремнистого феррита с неправильными границами зерен. Темные
ряды очень тонкопластинчатого перлита и включений, которые
нельзя различить при этом увеличении.
627/5. Кремнистая сталь с 4% Si (№ 271). 1-∕lm лист с беспо¬
рядочно ориентированными зернами. Ферритные зерна удлинены
в направлении прокатки, но не имеют преимущественной кри¬
сталлографической ориентировки (см. ф. 629/1). Потеря энергии
составляет 1,45 вт.
627/6. Деталь микрофотографии 627/5. Ферритные зерна
со слегка неправильными границами. Содержание углерода
ниже, чем на микрофотографии 627/3. Видны небольшие светлые
глобули третичного цементита и несколько темных включе¬
ний.
Лист толщиной 0,35 мм из кремнистой трансформаторной
стали с 4% Si (№ 272) с ориентированными зернами. Продоль¬
ное сечение по толщине. Потеря энергии 1,020 βznΛa (15 000 G,
50 гц).
627/7. Тщательное проведение холодной прокатки и отжига
может обеспечить получение крупных зерен (которые могут за¬
нять всю толщину листа) и предпочтительной ориентировки
(текстуры).
627/8. Деталь предыдущей микрофотографии. Граница между
тремя зернами кремнистого феррита. Ряды включений (темные)
могут остановить продвижение границы зерна. Виден межзерен-
ный цементит (белый).
Структура параллельна плоскости листа, направление про¬
катки горизонтальное.
628/1, 2. Два образца с поверхности листа; косое освещение,
направленное по длине и ширине фотографии. Мозаика очень
крупных зерен, причем ориентированными являются те зерна,
которые кажутся темными при освещении обоих типов. В общем
зерна незначительно удлинены в направлении прокатки.
628/3. Деталь микрофотографии 628/1; светлопольное осве¬
щение с большим увеличением. Многочисленные фигуры травле¬
ния с неправильными контурами. Белые зерна имеют предпо¬
чтительную ориентацию.
628/4. Деталь микрофотографии 628/1; различный контраст
фигуры травления на зернах кремнистого феррита. Наиболее
светлые зерна ориентированы (см. ф. 630). Светлопольное осве¬
щение.
628/5. Тот же участок, что и на предыдущей микрофотогра¬
фии, но в темнопольном освещении. Показанные выше светлые
участки теперь подразделились на зерна серого цвета. C другой
стороны, зерна, которые на микрофотографии 628/3 были тем¬
ными, теперь кажутся светлыми.
628/6. Тот же участок, что и на микрофотографии 628/5;
темнопольное освещение с малыми углами падения. Ориентиро¬
ванные зерна можно различить по светлым бликам, соответствую¬
щим фигурам травления.
СТРУКТУРА ЛИСТОВ
ИЗ ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ с 4% Si
Ьл<л< лист с беспорядочно ориентированными зернами
(см. ф. 627/5).
629/1. Продольное сечение по толщине. Слегка удлиненные
в направлении прокатки ферритные зерна с различными кристал¬
лографическими ориентировками. Фигуры травления образуются
преимущественно на границах зерен. Верхнее зерно состоит из
двух частей с близкими ориентациями. Граница видна только
н левой части (треугольные фигуры травления).
629/2. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 629/1, разориентированные зерна. Фигуры травления и
эффекты контраста на зернах характеризуют их ориентации.
O,35-ΛiΛf лист с ориентированными зернами
529/3. Продольное сечение по толщине листа (см. ф. 627/7).
Значительно более крупные зерна на предыдущих микрофото¬
графиях. Справа находится зерно с плоскостью (110) в плоскости
микрофотографии и направлением <100) под несколькими гра¬
дусами к направлению прокатки. Почти вертикальная граница
отделяет это зерно от зерна слева, которое для плоскости (ПО)
на несколько градусов отклоняется от плоскости микрофотогра¬
фии, а направление <100) параллельно направлению прокатки.
Следовательно, ориентация этих двух зерен очень близка к основ¬
ной ориентации (НО) <100).
629/4. Поперечное сечение листа. Поверхность листа нахо¬
дится в верхней части. В плоскость микрофотографии у обоих
зерен выходят плоскости (100), а направления <110) слегка раз-
ориентированы, что объясняется наличием границы зерен. Оба
зерна имеют идеальную ориентацию, <100) в направлении про¬
катки.
629/5. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 629/4. Плоскость (100) верхнего зерна лежит в плоскости
микрофотографии и, следовательно, с <100) параллельно направ¬
лению прокатки. В нижнем зерне плоскость (100) очень близка
к плоскости микрофотографии.
Кристаллографическая ориентация зерен в плоскости про¬
катки. Направление прокатки горизонтальное.
630/1. Группа из четырех зерен с различными ориентациями.
Верхнее зерно окружено сильно протравленной границей.
630/2. Деталь микрофотографии 630/1. Ориентировка верх¬
него зерна соответствует компоненту текстуры (111) <112). Так
как его ориентация отличается от ориентации других зерен,
граница зерна резко выражена. Нижнее левое зерно имеет
ориентировку (ПО) <100). Ориентировка центрального правого
зерна также соответствует компонентам (НО) <100) и отделяется
от предыдущего зерна весьма неотчетливой границей. Нижнее
правое зерно соответствует компоненту текстуры (ПО) <115).
630/3. Другой участок листа с ориентированными зернами.
Слева находятся два зерна с ориентацией, очень близкой к (ПО)
<100). Справа находится зерно, с ориентировкой (111) <И2).
Оно резко отличается от соседних зерен и отделено от них весьма
отчетливой границей.
630/4. Другой участок, содержащий изолированные зерна,
которые разориентированы относительно основного компонента
текстуры (110) <100).
630/5. Изолированные разориентрованные зерна можно раз¬
личить по ямкам травления, контрасту и ширине протравленных
границ. В верхней части находится тонкая граница зерна, яв¬
ляющаяся результатом хорошего соответствия атомного распо¬
ложения вдоль некоторых плоскостей.
СТРУКТУРА ХОЛОДНОТЯНУТЫХ ПРОВОЛОК
Проволока из кипящей стали с 0,10% C (№ 263). Продоль¬
ное сечение в направлении волочения. Поле, включающее чистую
краевую и центральную ликвационную зону.
631/1. Исходная горячекатаная проволока диаметром 6,20 мм.
В верхней части — чистый край с равноосными ферритными
зернами — внизу —ликвационная зона с ферритными и удлинен¬
ными перлитными участками. 135 HV.
631/2. Та же проволока, протянутая вхолодную за два про¬
хода до 4,20 мм, без термической обработки, 255 HV.
631/3. Проволока, протянутая за три прохода до 3,60 мм,
297 HV.
631/4. Проволока, протянутая за четыре прохода до 3,20 мм,
320 HV.
На микрофотографиях 631/2—4 показано развитие деформа¬
ции. Оно заключается в постепенном удлинении зерен, появле¬
нии и увеличении линий скольжения и удлинении перлитных
островков в центральной части проволоки.
Проволока из спокойной среднеуглеродистой стали с 0,38% C
(№ 274). Осевое сечение. Направление волочения горизонталь¬
ное. Исходный материал — патентированная проволока диа¬
метром 5,3 мм. 270 HV.
631/5. Проволока, протянутая за один проход до 4,70 мм,
320 HV.
удлинены.
631/6.
362 HV.
631/7.
386 HV.
631/8.
Перлит и светлые участки игольчатого феррита слегка
Проволока, протянутая за четыре прохода до 3,35 мм,
Проволока, протянутая за шесть проходов до 2,70 мм,
Проволока, протянутая за семь проходов до 2,50 мм.
На микрофотографиях 631/6—8 видно постепенное удлинение
перлитных участков и светлых ферритных игл. Включения раз¬
дроблены и степень деформации около них больше (см. ф. 631/7).
Нитриды титана разделились на блоки, между которыми оста¬
лись полости.
632/1. Проволока, показанная на микрофотографии 631/8,
протянутая за семь проходов до 2,50 мм и патентированная,
286 HV. Тонкопластинчатый перлит и игольчатый феррит. Эта
структура, являющаяся результатом повторных аустенизации
и превращений, не имеет следов деформационной волокнистости.
Проволока из высокоуглеродистой стали с 0,70% C (№ 275).
Осевое сечение. Направление волочения горизонтальное. Исход¬
ный материал 5-мм патентированный пруток, 320 HV.
632/2. Проволока, протянутая за один проход до 4,3 мм,
320 ЯК
632/3. Проволока, протянутая за три прохода до 3,35 мм,
430 HV.
632/4. Проволока, протянутая за пять проходов до 2,70 мм,
412 HV.
632/5. Проволока, протянутая за шесть проходов до 2,50 мм,
450 HV.
Показаны четыре последовательные фазы холодной деформа¬
ции. Участки матрицы из тонкопластинчатого перлита (темные)
все сильнее вытягиваются в направлении деформации.
632/6. Та же проволока, протянутая за шесть проходов, за¬
тем патентированная. Восстановилось исходное состояние; струк¬
тура очень тонкопластинчатого перлита и игольчатого бейнита,
362 HV.
Проволока из марганцевокремнистой стали (№ 276).
632/7. 10-мм катанка, нормализованная и протянутая за
один проход до 9 мм. Белый феррит с темным перлитом, две
пересекающиеся системы черных линий являются рядами тре¬
щин в перлитных пластинках (см. ф. 600/5), 285 HV.
632/8. Участок, соседний с показанным на предыдущей ми¬
крофотографии; та же структура матрицы. Светлое включение
нитрида титана прямоугольной формы раскололось на части,
параллельные одной из его граней (увеличение больше, чем по¬
зволяет разрешающая способность оптических микроскопов).
ГОРЯЧЕЕ КРУЧЕНИЕ СТАЛИ с 25% Cr
Горячее кручение цилиндрических образцов диаметром
6 мм. Шлифы перпендикулярны к оси кручения. Сталь с 25% Cr
(№ 277) и имеет ферритную структуру при всех температурах.
Влияние скорости деформирования при HOOoC в устано¬
вившемся районе кривой деформации на структуру, полученную
закалкой в воде через 1 сек после окончания деформации.
633/1. Исходное состояние: без деформации, нагрев до
IlOO0C, охлаждение в воде.
633/2. Деформация со скоростью 0,2 об/мин.
633/3. Деформация со скоростью 10 об!мин.
633/4. Деформация со скоростью 310 об/мин. Постепенно
зерна становятся мельче. Следовательно, быстрое деформирова¬
ние на установившемся участке кривой деформации дает очень
мелкие зерна.
633/5. Деталь микрофотографии 633/2. В исходных зернах
появились границы субзерен. Эта структура обнаруживается
также на ранних стадиях деформации при более высоких ско¬
ростях деформации.
Влияние температуры деформации
633/6. Деформация со скоростью 0,2 об/мин при 1200° С.
633/7. Деформация со скоростью 10 об/мин при 1200° С.
633/8. Деформация со скоростью 310 об/мин при 1200° С.
Как и раньше, зерна постепенно уменьшаются. Однако при
высокой скорости деформации различие структур выражено ме¬
нее ярко. Крупные зерна на краю образца, показанного на микро¬
фотографии 633/8, появились в результате небольшой скорости
71
закалки; это демонстрирует необходимость очень быстрого охла¬
ждения для того, чтобы зафиксировать структуру, существовав¬
шую при температуре деформации.
Влияние степени деформации при постоянной скорости
(300 об/мин) и постоянной температуре (IlOOoC) деформации.
634/1. Два оборота закручивания. При первом максимуме
кривой крутящий момент — деформация размер зерна не ме¬
няется, но на периферии образца протекает полигонизация
(см. ф. 634/6).
634/2. Четыре оборота закручивания. Граница исходного
зерна начинает дробиться, а полигонизация распространяется
по всему сечению (см. ф. 634/7).
634/3. Шесть оборотов закручивания. Быстро появляются
чрезвычайно мелкие зерна при первом минимуме на кривой кру¬
тящий момент — деформация.
634/4. 17 оборотов закручивания.
Равновесное состояние с разориентированными равноос¬
ными зернами на периферии испытуемого образца.
634/5. 50 оборотов закручивания. После того как установи¬
лось равновесное состояние, структура не изменяется.
634/6. Деталь микрофотографии 634/1. Начало полигониза-
ции концентрируется на периферии образца, где деформация
наибольшая. В крупных исходных зернах видна мелкая сетка
границ субзерен.
634/7. Деталь микрофотографии 634/2. Полигонизация раз¬
вивается; границы исходных зерен неправильны и субзерен
стало больше.
634/8. Деталь микрофотографии 634/3. Мелкие зерна в об¬
ласти равновесного состояния. Границы исходных зерен ис¬
чезли вследствие одновременного наклепа и рекристаллизации.
Влияние прерывания деформации (самоотжига) при 1100° C
и скорости кручения 300 об/мин.
635/1. 0,4 оборота закручивания (до максимума на кривой
крутящий момент — деформация), затем выдержка в течение
15 мин при IlOOoC. Изменения были остановлены закалкой
в воде. Начался рост аномально больших зерен из зародышей
на поверхности образца.
< 635/2. 0,8 оборота закручивания (до максимума на кривой
крутящий момент — деформация), затем выдержка в течение
10 мин при IlOOoC; непосредственная закалка в воде. Крупные
зерна образовали внутреннее кольцо, простирающееся до центра.
Это явление роста аномально больших зерен аналогично росту
крупных рекристаллизованных зерен при нагреве металла,
подвергнутого критической степени холодной деформации.
635/3. 17 оборотов закручивания как на микрофотографии
634/4, но закалка после выдержки при IlOOoC в течение 15 сек.
(вместо 1 сек). Зерна растут на периферии образца; осевая зона
менее деформирована и сохранила мелкие зерна в области равно¬
весного состояния.
635/4. 17 оборотов закручивания, как на предыдущей микро¬
фотографии, но выдержка при 1100° C в течение 15 мин. Такой же
рост зерен на периферии, но теперь в осевой зоне, которая ме¬
нее деформирована, имеются более крупные рекристаллизован-
ные зерна, чем на периферии.
Влияние изменения равновесных условий (изменения ско¬
рости деформации) при постоянной температуре (IlOOoC).
635/5. Равновесная структура при 10 об/мин аналогична
структуре на микрофотографии 633/3. Мелкие равновесные
зерна на периферии образца и мелкие несколько удлиненные
в радиальном направлении зерна в центре.
635/6. Переходная структура между равновесными состоя¬
ниями при 10 и 0,2 об/мин. При уменьшении скорости деформа¬
ции появляется тенденция к образованию крупных зерен, типич¬
ных для низких скоростей деформации (см. ф. 633).
635/1. Структура в начале состояния равновесия при
0,2 об/мин. Небольшие исходные зерна исчезли и появились
зерна среднего размера.
635/8. Равновесная структура при 0,2 об/мин. Средний раз¬
мер зерна такой же, как на микрофотографии 633/2. Следова¬
тельно, структура металла в равновесном состоянии не зависит
ни от размера исходного зерна, ни от исходного состояния.
ГОРЯЧЕЕ КРУЧЕНИЕ
МАЛОУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ (№ 278)
Влияние скорости деформации при постоянной темпера¬
туре IlOOoC.
636/1. Исходное состояние без деформации; нагрев до 1100° С,
охлаждение в воде. Игольчатая структура обусловлена закал¬
кой. Границы первичных аустенитных зерен имеют вид очень
тонкой черной сетки.
72
636/2. Кручение со скоростью 0,2 об/мин.
636/3. Кручение со скоростью 10 об/мин.
636/4. Кручение со скоростью 310 об/мин.
Структуры в равновесной области. При очень низких ско¬
ростях деформации зерна крупные, но с увеличением скорости
Деформации становятся мельче (см. ф. 633).
636/5. Структура при максимуме на кривой крутящий мо¬
мент — деформация для скорости деформации 310 об/мин.
636/6. Структура при максимуме на кривой крутящий мо¬
мент — деформация для скорости деформации 0,2 об/мин. Эти
две структуры, как и в однофазной хромистой стали (см. ф. 633),
свидетельствуют о том, что в начале деформации размер зерен
изменяется очень незначительно. Тем не менее образуется суб¬
структура.
Влияние температуры деформации.
636/7. Кручение со скоростью 10 об/мин при 1200° С.
636/8. Кручение со скоростью 310 об/мин при 1200° С.
Здесь зерна крупнее, чем полученные при более низких тем¬
пературах (ф. 636/3, 4). Поэтому выше области превращения
эта углеродистая сталь ведет себя подобно однофазной хромистой
стали (см. ф. 633).
ГОРЯЧАЯ ДЕФОРМАЦИЯ в у-ОБЛАСТИ
Горячее сжатие 16-a<a< квадратного профиля среднеуглеро¬
дистой стали (Ke 279). Динамическая деформация штампом
(2 м)сек)\ сечение в направлении волокнистой структуры.
637/1. Горячая деформация приблизительно на 2%: 850° С,
20 Мин; деформация; воздух. Структура аналогична структуре
исходного недеформированного изделия — она состоит из белых
зерен феррита и темных участков перлита.
637/2. Горячая деформация приблизительно на 40%; 850° С,
20 мин; деформация; воздух. Структура более мелкозернистая
чем исходная, в результате измельчения аустенитных зерен
деформацией и самоотжига. Наблюдается некоторое выстраива¬
ние зерен в направлении удлинения образца.
637/3. Горячая деформация приблизительно на 5%; 850° С,
20 мин; деформация; 850* С, 15 мин; вода. Очень крупные аусте¬
нитные зерна, которые появились в результате критической
деформации, заполнены длинными иглами мартенсита и очень
тонкой темной сеткой (бывшие границы аустенита).
637/4. Горячая деформация приблизительно на 40%;
850° С, 20 мин; деформация; 850° С, 15 мин; вода. Аустенитные
зерна чрезвычайно измельчились (см. ф. 637/2), а мартенситные
иглы значительно короче, чем на микрофотографии 637/3.
637/5. Градиент горячей деформации от 0 до 45% обжатия
по толщине: 930° С, 20 мин; деформация; 930° С, 15 мин; воздух.
В верхней части снимка — мелкая феррито-перлитная недефор-
мированная структура, в нижней части — рекристаллизованная
структура, аналогичная исходной после максимальной деформа¬
ции на 45%. Приблизительно при 6% деформации внезапно
появляется полоса крупных зерен (см. ф. 610), затем с увеличе¬
нием степени деформации зерна уменьшаются.
637/6. Горячая деформация на 30%: 1100oC, 20 мин; 780° С,
10 мин; деформация; вода через 5 сек. Как и при холодной де¬
формации, наклеп в микроскопическом масштабе неоднороден
(см. ф. 598/5). Структура представляет собой смесь равноосных
рекристаллизованных и удлиненных еще не рекристаллизован¬
ных зерен (бывшее аустенитное зерно с двойником, удлиненное
деформацией).
637/7. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии, 637/6. Та же неполная рекристаллизация. Игольчатая
мартенситная матрица с очень тонкой черной сеткой — это
бывшие границы аустенитных зерен (см. ф. 641/6).
638/1. Горячая деформация на 40%: IlOO0 С, 20 мин; 780° С,
10 мин; деформация; вода через 5 сек. Мелкие зерна неоднород¬
ных размеров. В нижней части микрофотографии видно несколько
удлиненных, нерекристаллизованных зерен, аналогичных по¬
казанным на микрофотографии 637/6.
638/2. Горячая деформация на 40%: 1100° С, 20 мин; 780° С,
10 мин; деформация; 7804 С, 5 мин; вода. Равноосные зерна одно¬
родного размера, несколько более крупные, чем на микрофото¬
графии 638/1 из-за выдержки при 780° C после деформации.
638/3. Градиент горячей деформации от 0 до 45%; 1100° С,
20 мин; деформация 1100° C 5 мин; вода. То же, что и на микро¬
фотографии 637/5: очень крупные аустенитные зерна появляются
внезапно при деформации около 5% (верхняя часть микрофото¬
графии), затем они уменьшаются по мере увеличения степени
деформации, что и на микрофотографиях 610.
638/4. Статическая деформация на 9%: 1150° С, деформация,
1150° C 5 мин; вода. Бывшие аустенитные зерна рекристалли-
зовались, но их границы все еще не достигли равновесной конфи¬
гурации стыка границ четырех зерен (верхняя часть микрофото¬
графии), прерывистые границы (середина микрофотографии).
638/5. Деталь участка, соседнего с показанным на микрофо¬
тографии 638/4. Как и раньше, структура состоит из игольчатого
мартенсита. Границы бывших аустенитных зерен имеют вид чер¬
ной сетки. Зерно справа содержит два двойника, когерентные
границы которых видны плохо.
. Задержка деформации и восстановление структуры после
нормализации. 80-леи квадратная заготовка цементуемой нике¬
левой стали (№ 280), откованная до 14-λλ( квадратного профиля
в интервале температур 1200—850° С. Закалка в воде.
639/1. Повторный нагрев после ковки при 850° C в течение
30 мин, охлаждение в воде. По всему квадратному сечению
структура мелкозернистая и однородная так же, как исходная
(закаленная после ковки). На этой микрофотографии централь¬
ная область содержит мелкий феррит и тонкопластинчатый
перлит.
639/2. Повторный нагрев после ковки при 875° C в течение
30 мин, охлаждение в воде. Полное сечение кованого квадрат¬
ного прутка. В центре диагоналей, которые были деформированы
больше, рекристаллизация аустенита после повторного нагрева
обусловила появление крупных зерен.
699/3. Деталь микрофотографии 639/2; центральная зона.
В крупных аустенитных зернах при охлаждении образовался
игольчатый феррит (видманштеттова структура), очень тонко¬
пластинчатый перлит и верхний бейнит.
639/4. Деталь микрофотографии 639/2; переходная область
между слабодеформированными бывшими аустенитными зернами,
которые превратились в мелкие зерна (см. ф. 634/1), и бывшими
аустенитными зернами, которые были сильно деформированы
и рекристаллизовались в крупные зерна (см. ф. 639/3).
639/5. Повторный нагрев после ковки при 900° C в течение
30 мин-, охлаждение в воде.
Полное сечение кованого квадратного прутка. Крупнозер¬
нистая рекристаллизованная зона простирается по направлению
к менее деформированным областям. В мелкозернистой области
имеется несколько участков с крупными рекристаллизованными
зернами, которые появились в результате микроскопической
неоднородности деформации.
639/6. Двойная обработка после ковки: 875° С, 30 мин’,
вода + 915° С, 30 мин; вода. Полное сечение кованого квадрат¬
ного прутка. После второго нагрева (915° С) в центре и вдоль
диагоналей крупнозернистая структура, полученная после пер¬
вого нагрева (875° С), измельчилась (см. ф. 639/1).
По направлению к периферии прутка после второго нагрева
появились темные островки крупных зерен. Оставшиеся светлые
участки (представляющие собой участки аустенита, которые
сохранили некоторую деформацию при 915° С) исчезли при более
высокой температуре (95(r С).
639/7. Двойная обработка после ковки: 875° С, 30 мин;
вода + 875° С, 30 мин; вода. После второй обработки при 875° C
крупнозернистая структура, видимая на микрофотографии 639/1,
полностью превращается в мелкозернистую.
ГОРЯЧАЯ ДЕФОРМАЦИЯ в (γ + а-ОБЛАСТИ)
16-мм квадратный пруток из среднеуглеродистой стали
(№ 259). Динамическая деформация с последующим охлаждением
на воздухе. 1050° С, 30 мин; 720° С, 5 мин; деформация; воздух.
640/1. Деформация на 50%. Темные удлиненные области
перлита в белой матрице удлиненных ферритных зерен. Участки
перлита приблизительно соответствуют аустенитным зернам,
которые существовали непосредственно после деформации.
640/2. Деталь микрофотографии 640/1. Темные удлиненные
участки перлита подразделились на темные равноосные ячейки
тонкопластинчатого перлита, окруженные зернами феррита.
Все эти составляющие образовались во время охлаждения дефор¬
мированного и рекристаллизованного аустенита. Светлая феррит¬
ная матрица состоит из деформированных и рекристаллизован-
ных зерен.
640/3. Деталь микрофотографии 640/2. Показаны деформи¬
рованные ферритные зерна со следами линий скольжения и
равноосные зерна рекристаллизованного феррита. В нижней
части микрофотографии рекристаллизованные зерна поглотили
полоску феррита, образовавшегося во время охлаждения на
воздухе. Эта полоска лежит против удлиненного участка пер¬
лита. Два темных удлиненных включения ограничили развитие
некоторых рекристаллизованных зерен.
640/4. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 640/3. Видны крупные светлые зерна рекристаллизованного
феррита и крупные серые зерна полигонизованного феррита,
10 Металлография железа, т. JII
образовавшиеся из феррита, который был устойчив при 720° C
и деформировался. Темные островки перлита (содержащие не¬
большие ферритные зерна) окружены каймой феррита, появив¬
шегося во время охлаждения аустенита.
640/5. Участок, соседний с показанными на микрофотогра¬
фии 640/4. Деталь полигонизованного феорита в контакте с гра¬
ницей небольших равноосных зерен вокруг перлита.
640/6. Участок, соседний с показанными на микрофотогра¬
фии 640/5 после травления, выявляющего границы бывших ау¬
стенитных зерен после деформации, феррито-перлитная струк¬
тура аналогична приведенной выше. Границы аустенитных зерен,
которые образовались при 1050° C — выявились в виде канавки
на оси ферритных прожилок. Границы зерен, появившиеся при
720° C — линии, окаймляющие перлитные прожилки. Границы
аустенитных зерен, которые возникли в результате «саморекри-
сталлизации» при 720° С, имеют вид черных линий в феррите
вокруг равноосных перлитных ячеек.
640/7. Деформация на 15%. Внутри перлита находится
феррит в виде пересекающихся игл, образовавшихся после де¬
формации при 720° С. Феррит, который получился во время
охлаждения с 1050 до 720° С, остался в виде сетки с равноосными
ячейками (см. ф. 642/2).
Динамическая деформация с последующей закалкой через
5 сен-. 1050° С, 30 мин; 720° С, 5 мин; деформация; вода.
641/1. Деформация на 50%. Темные удлиненные участки
мартенсита, разделенные светлыми полосами феррита, которые
несколько тоньше, чем после охлаждения на воздухе (см. ф. 640/1).
641/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Закалка в воде
аустенитных зерен, которые были устойчивы при 720° С. После
деформации при этой температуре появились темные удлиненные
участки игольчатого мартенсита. Зерна феррита, который суще¬
ствовал при 720° С, также очень удлинились и частично рекри¬
сталлизовались.
641/3. Деталь микрофотографии 641/1; темные участки
игольчатого мартенсита, светлые полосы рекристаллизованных
ферритных зерен (их очень много в узких полосах) и полигони¬
зованного феррита, как на микрофотографии 640/4.
641/4. Деталь структуры недеформированного образца:
1050° С, 30 мин; 720° С, 5 мин; вода. Глубокое травление выявило
границы аустенитных зерен, которые существовали при более
высоких температурах; в этом случае границы образовались
при 1050° C и сохранились при 720° С. Охлаждение до 720° C
вызвало образование на этих границах сетки ферритных зерен.
После закалки в воде остаточный аустенит превратился в мар¬
тенсит.
641/5, 6. Деформированный образец (см. ф. 641/1), протрав¬
ленный так же, как недеформированный (см. ф. 641/4). Структура
состоит из аустенита (превращенного в мартенсит) и неполностью
рекристаллизованного феррита. Границы аустенитных зерен,
образовавшиеся при 1050° C и сохранившиеся при 720° C до
деформации, имеют вид канавок в частично рекристаллизованном
феррите и границ двойников в мартенситных участках. Границы
аустенитных зерен, возникшие при 720° C на поверхности раз¬
дела между двумя фазами, стабильными при этой температуре,
выявляются в виде черных границ между ферритом и мартенси¬
том. Черные линии в мартенсите — это границы аустенитных
зерен, появившиеся при рекристаллизации (через 5 сек). Они
представляют собой равноосные рекристаллизованные зерна.
Кроме того, феррит, появившийся до деформации, превра¬
тился в феррит двух типов: деформированный и полигонизо¬
ванный, а также рекристаллизовавшийся через 5 сек.
Та же обработка, что и на микрофотографиях 641,rно с вы¬
держкой после деформации (самоотжиг).
642/1. Деформация на 50%. Структура аналогична показан¬
ной на микрофотографии 640/1, но содержит феррит и мартенсит.
642/2. Деталь предыдущей микрофотографии. Светлая ма¬
трица рекристаллизованного феррита с продолговатым серым
и нерекристаллиэованным ферритом в центре. Темные полосы
игольчатого мартенсита со светлыми ферритными зернами обра¬
зовались из деформированного и рекристаллизованного аусте¬
нита.
642/3. Деталь микрофотографии 642/1. Показан феррит
трех типов: два «старых» феррита, один деформированный и
полигонизованный, а другой деформированный и рекристалли-
зованный, и внутри мартенсита «новый» — феррит, который вы¬
делился из аустенита во время выдержки при 720° C после де¬
формации.
642/4. Та же термическая обработка, но деформация прибли¬
зительно на 15%, дающая менее удлиненные зерна. В некоторых
мартенситных участках (т. е. бывших аустенитных зернах,
устойчивых при 720° С) в результате деформации аустенита
образовался внутризеренный феррит.
73
642/5. Деталь микрофотографии 642/4. Светлые участки фер¬
рита со следами деформации (нижнее зерно справа). Внутри
мартенсита имеется феррит в виде рядов небольших светлых
зерен, образовавшихся путем деформации аустенита при 720° С.
642/6. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 642/5. Те же особенности. Как и при деформации феррита,
деформация в микроскопическом масштабе является неоднород¬
ной как в отношении различных зерен, так и в пределах одного
зерна.
642/7. Образец, показанный на микрофотографии 642/1
(деформация на 50%), после травления, выявляющего границы
аустенитных зерен различных типов. Как и на микрофотогра¬
фиях 642/5, 6, можно различить границы, имеющиеся при 1050° С,
границы, образовавшиеся при 720° C до деформации, и границы
аустенита после рекристаллизации. Последние имеют вид черных
канавок в центре ферритной сетки, которая находится между
мартенситными участками. Кроме того, аустенитные границы,
образовавшиеся после выдержки при 720° С, составляют поверх¬
ность раздела феррит—мартенсит.
НИЗКОТЕМПЕРАТУРНАЯ
термомеханическая обработка
(АУСФОРМИНГ)
16-мм квадратный профиль из среднеуглеродистой леги¬
рованной стали (№ 281). нормализованный. Продольное сече¬
ние через волокнистую структуру после динамического сжатия.
Деформация аустенита при 450° С: 900° С, 1 ч; 450° С,
20 мин; деформация; вода. Недеформированный образец.
643/1. Бывшие границы аустенитного зерна имеют виц чер¬
ной сетки. Темная игольчатая матрица бейнита и мартенсита.
643/2. Деформация на 15%. Начало удлинения аустенитных
зерен; некоторые из них имеют двойники.
643/3. Деформация 40%. Удлиненные зерна содержат мно¬
жество пересекающихся линий скольжения, подобных линиям
скольжения в ферритных зернах.
643/4. Деформация 60%. Сильно удлиненные зерна, содержа¬
щие очень близко расположенные линии скольжения. Темные
горизонтальные полосы (бейнит) указывают на полосчатую струк¬
туру исходного материала.
Деформация аустенита πdh 550° С.
643/5. Деформация приблизительно на 15%. 900° С, 1 ч;
550° С, 20 мин; деформация; вода. Незначительно удлиненные
зерна содержат двойники, ориентированные под некоторым углом
к направлению течения металла. Матрицей является темная
полосчатая структура бейнита и мартенсита.
643/6. Деформация приблизительно на 30%: 900° С, 1 ч;
550° С, 20 мин; деформация; вода. Те же особенности, что и выше,
но зерна удлинены больше.
643/7. Деформация на 80% с последующей выдержкой;
900° С, 1 ч; 550° С, 20 мин; деформация; 550° С, 10 мин; вода.
Очень удлиненные зерна с большим количеством линий сколь¬
жения. Некоторые части зерен менее деформированы.
643/8, Деформация приблизительно на 85%: 900° С, 1 ч; 550oC,
20 мин; деформация; воздух. Темные границы соответствуют
сильно вытянутым старым аустенитным зернам. Структура на¬
поминает структуру деформированного феррита.
ХОЛОДНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ
И РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЯ
Трансформаторная листовая сталь с ориентированными
зернами (см. ф. 627/1).
644/1. Поперечное сечение. Показаны три зерна. Более
светлое зерно, содержащее фигуры травления, имеет заданную
ориентировку: (ПО) в плоскости прокатки и [(100) в плоскости
шлифа] (100) перпендикулярно к плоскости прокатки. Другие
два зерна имеют другую ориентировку.
644/2. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 644/1. Видно ферритное зерно ориентации (110) (100)
(см. ф. 629/4), между двумя зернами с ориентациями, только на
несколько градусов отклоненными от направления прокатки.
644/3. Сечение в плоскости листа с горизонтальным располо¬
жением направления прокатки. Показаны изолированные зерна,
ориентировка которых приблизительно соответствует компо¬
ненту (111) (111), между двумя зернами с заданной тексту¬
рой (ПО) (100).
644/4. Участок, соседний с показанным на микрофотогра¬
фии 644/3. Два изолированных зерна между двумя другими зер¬
нами с ориентацией (ПО) <~100> (см. ф. 630/5).
74
644/5. 20>ΛiΛf пруток квадратного сечения из кипящей очень
малоуглеродистой стали, деформированный в холодном состоя¬
нии, затем отожженный. Обработка 900° С, 30 мин; воздух;
деформация на 8% 850° С, 30 мин; воздух. Холодная деформация
критической степени вызвала образование крупных зерен при
последующем нагреве между 650 и 750° C (см. ф. 608/1). При
850° C количество феррита уменьшилось до нескольких остров¬
ков — они окрашены в желтый цвет. При охлаждении появился
новый феррит с такой же кристаллической ориентацией, что и
у нерастворившегося феррита, и вновь возникла крупнозерни¬
стая структура. Неотчетливые коричневые или фиолетовые
участки являются следами ликвации элементов с различной
растворимостью в а и у-железе.
644/6. 10 -мм проволока из аустенитной марганцевой стали.
Холодное волочение с деформацией 15%. Аустенитные зерна
имеют двойники отжига с несколькими системами линий сколь¬
жения, возникших в результате деформирования.
Пруток из среднеуглеродистой стали, деформированный
в области превращения (см. ф. 641). Обработка: 1050° С, 30 мин;
720° С, 5 мин; деформация; вода.
644/7. Белая ферритная сетка содержит неотчетливые следы
границ у-зерен, существовавших при 1050° С. Большие мартен¬
ситные островки представляют собой двойникованное у-зерно,
которое существовало при 720° С. Степень деформации примерно
15%.
644/8. Тот же образец, но после деформации 50%. Феррит
имеет вид белых полос; некоторые из них все еще наклепаны,
а другие рекристаллизованы. Мартенсит окрашен в желтый цвет
и образовался из зерен аустенита, деформированного и частично
рекристаллизованного при 720° C (видны черные границы зерен
аустенита).
СТРУКТУРА КОВАНОГО СЛИТКА
ИЗ СПОКОЙНОЙ СТАЛИ (см. ф 543)
645. 35- т слиток из среднеуглеродистой стали (Ns 282).
Продольное сечение через осевую плоскость слитка. Серный
отпечаток (обращенный и уменьшенный в масштабе 1 : 5), на ко¬
тором отмечены места, из которых взяты образцы, показанные
на микрофотографиях 646—657.
На следующих четырех микрофотографиях представлено
полное продольное сечение слитка. Ось слитка расположена го¬
ризонтально, головная часть — в левой части фотографий.
646. Прибыльная часть слитка. Уменьшенный серный отпе¬
чаток. Усадочная раковина довольно мала, так как был применен
экзотермический порошок. Осевая зона ликвации несколько бо¬
лее темная (см. ф. 650). На каждой стороне ликвированной серд¬
цевины имеются темные ликвационные полосы (см. ф. 651).
647. Головная часть слитка. Уменьшенный серный отпеча¬
ток. Осевая зона отделяется от периферийной многочисленными
А-образными темными полосами. Здесь ясно видна периодиче¬
ская осевая кристаллизация. Начиная от сочленения головной
части слитка с прибылью, идут крупные дендриты, затем ден¬
дриты среднего размера, за ними следует V-образная зона ликва¬
ции с мелкими округлыми кристаллами и снова дендриты сред¬
него размера (детали см. на ф. 154 и 159).
648. Область на половине высоты слитка. Уменьшенный
серный отпечаток. Здесь темных полос меньше, чем на предыду¬
щем снимке, и расположены они ближе к поверхности. Видна
периодичность кристаллизации, заметны несколько V-образных
зон ликвации (более широких, чем выше), содержащих слои
дендритов различного размера.
649. Донная часть слитка. Уменьшенный серный отпечаток.
Здесь ликвация весьма однородна. В правой части слитка имеются
короткие темные ликвационные полосы, которые начинаются,
с одной стороны, от стенки изложницы, и, с другой стороны,
от края донной части слитка.
Структура за пределами зоны столбчатых кристаллов в це¬
лом мелкозернистая. Несколько фрагментов столбчатой зоны,
по-видимому, опустились в донную часть слитка и некоторые
из этих пакетов дендритов столкнулись с наклонными сторонами
основы слитка (две бледные линии наиболее ясно видны на на¬
клонной стенке в левой части слитка).
650. Осевая область головной части слитка. Серный отпе¬
чаток в масштабе 1 : 1 (деталь ф. 646). Ось слитка горизонтальна,
головная часть находится слева.
Дендриты очень крупные; длина некоторых дендритов дости¬
гает 120 мм. Толстая бледная полоса — это наиболее широкое
сечение ствола дендрита.
Усадочная раковина (сильно загрязненный губчатый металл)
продолжается по направлению к низу головной части слитка.
Ликваиионные полосы здесь бледные и содержат немного
сернистых включений. Некоторые из этих полос пересекаются
сильно удлиненными дендритными осями (белые линии).
651. Левая сторона головной части слитка. Серный отпе¬
чаток в масштабе 1 : 1 (деталь ф. 646). Ось слитка вертикальна,
головная часть расположена вверху.
Равноосные дендриты в конце зоны столбчатых кристаллов
(в правой части снимка) укрупняются по направлению к оси
слитка (к левой части снимка).
В противоположность Л-образным полосам в теле слитка
темные ликвационные полосы в прибыльной части слитка имеют
V-образную форму. Показанная здесь темная полоса искривлена
и имеет разное направление в нижней и верхней части.
На микрофотографии 581/3 показаны аналогичные (но в де¬
формированном металле) V-образные темные полосы.
Белые полосы, которые являются продолжением темных или
соединяют их (см. ф. 646 и 647), появляются, когда плоскость
сечения проходит зону наибольшей ликвации, граничащей с тем¬
ными полосами со стороны максимальной ликвации в них.
В верхней части фотографии имеется несколько коротких Л-об-
разных темных полос.
652. Осевая область на середине высоты слитка. Умень¬
шенный в масштабе 1 : 2,5 серный отпечаток. Ось слитка гори¬
зонтальна, верхняя часть расположена слева.
Между двумя группами темных ликвационных полос мелкие
глобулярные кристаллы (в левой и правой части фотографии).
Строение более бледной конической зоны (с несколько меньшей
ликвацией), состоящей из очень мелких округлых зерен обра¬
щает периодичность кристаллизации (см. гл. 2, с. 12). В этой
зоне имеется усадочная полость (тень около короткой бледной
полоски на оси слитка) и несколько сильно обогащенных при¬
месями участков (темные).
Две почти симметричные темные полосы доходят до поверх¬
ности раздела между двумя указанными зонами; структура
одной из них детально показана на микрофотографиях 653 и 657.
Деталь области на середине высоты и на половине длины
радиуса слитка (верхняя часть ф. 652). Ось слитка вертикальна,
головная часть вверху.
653/1. Серный отпечаток, обычное травление. Вверху и
в правой части имеются V-образные зоны мелких глобулярных
кристаллов; сульфидные включения в этих зонах распределены
равномерно.
Внизу и слева находится зона более крупных глобулярных
кристаллов. Здесь сульфидные включения иногда выстроены
в направлении ликвационных полос.
Классический серный отпечаток дает сильно преувеличен¬
ный контраст между плотностью сульфидов в областях с сильной
и небольшой ликвацией. Это обусловлено диффузией продуктов
травления из чувствительной бумаги в металл.
653/2. Серный отпечаток того же участка, но более слабое
травление. Здесь включения видны лучше. Можно наблюдать
отдельные включения даже в сильно ликвированных участках.
Это травление дает более правильное представление о распреде¬
лении серы, тогда как на обычных отпечатках металл кажется
чрезвычайно «грязным» (см. ф. 540; 560; 637/1; 647).
654. Поверхностная зона на уровне верхней трети слитка.
Продольное сечение; ось слитка горизонтальна, головная часть
находится слева. Масштаб 1:1; макротравление.
Начиная с поверхности слитка (верхняя часть фотографии),
можно видеть контуры затвердевания (сетка линий, параллель¬
ных поверхности), которые сначала весьма отчетливы, затем
по направлению к внутренним областям слитка видны хуже.
В этой точке столбчатые кристаллы длиной около 1 см горизон¬
тальны или слегка наклонены к основанию слитка.
За этой зоной следует зона столбчатых кристаллов толщиной
6 см, здесь кристаллы имеют обычный наклон к головной части
слитка.
По направлению К Сердцевине слитка (середина фотографии)
видна область удлиненных кристаллов, являющаяся продолже¬
нием зоны столбчатых кристаллов, в этой области присутствуют
также равноосные дендриты. Несколько темных ликвационных
полос граничат с удлиненными дендритами со стороны макси¬
мального обогащения примесями (белые линии).
И, наконец (нижняя часть фотографии), большое количество
удлиненных дендритов ориентированы по направлению к оси
слитка; они не содержат темных полос (продолжение см. наф. 655).
655. Зона на половине длины радиуса в верхней трети слитка.
Продольное сечение; ось слитка горизонтальна, головная часть
слева. Масштаб 1:1, макротравление.
В верхней правой части фотографии — конец зоны ориенти¬
рованных дендритов (ф. 654), за которой следует слой мелких
разориентированных кристаллов, содержащих очень короткие
темные полосы (бледные наклоненные жилки).
От поверхности в глубь слитка идут следующие зоны: зона
дендритов, ориентированных по направлению к оси слитка,
затем темные полосы на фоне довольно мелких равноосных ден¬
дритов. Чередование структур повторяется несколько раз до
осевой зоны слитка и заканчивается на микрофотографии 656.
656. Осевая зона на уровне верхней трети слитка. Продоль-
ное сечение; ось слитка горизонтальная и находится в середине
фотографии, головная часть слева. Масштаб 1:1; макротрав¬
ление.
Чередование кристаллов различных типов и темных полос
на предыдущем снимке заканчивается здесь темными полосами,
которые пересекают зону равноосных дендритов.
Вдоль оси слитка располагается коническая зона крупных
дендритов, под ней находится зона мелких глобулей. Эта по¬
следняя зона содержит небольшие бледные полосы, которые
обогащены примесями и расположены между дендритами и они
ориентированы под некоторым углом к головной части слитка.
Зона крупных дендритов включает также несколько ликвацион¬
ных междендритных полос (бледные), часть которых содержит
микротрещины (см. гл. 1, с. 19) или усадочные раковины. По¬
верхность полости оплавилась в некоторых местах (несколько
серых пятен на оси слитка).
По направлению к донной части слитка осевая зона периоди¬
ческой кристаллизации содержит мелкие кристаллы (см. ф. 657).
657. Участок на середине высоты слитка и в области, со¬
седней с осевой зоной (см. ф. 652 и 653).
Продольное сечение. Ось слитка горизонтальна (немного
за пределами нижней части фотографии), головная часть слева.
Масштаб 1:1; макротравление.
Коническая зона мелких округлых кристаллов расположена
над зоной более крупных округлых кристаллов.
Часть конической зоны мелких округлых кристаллов, по¬
казанная здесь (внизу слева), является совершенно однородной;
однако немного ближе к оси слитка она содержит несколько
V-образных ликваций (см. ф. 652).
Зона более крупных округлых кристаллов более ликви
рована; между двумя темными полосами находятся небольшие
бледные жилки неправильной формы, наклоненные к головной
части слитка. Они имеют обычное строение по направлению оси
слитка, сначала наблюдается кайма довольно чистого металла
(черная), за которой следует полоса максимального обогащения
примесями (бледные), степень которого постепенно уменьшается.
Для некоторых темных V-образных полос распределение при¬
месей обратное (ср. ф. 651).
Темная полоса в центре микрофотографии, подобно симме¬
тричной полосе (см. ф. 652), останавливается на поверхности
раздела между коническими слоями. На этом месте полосы
толще с сильно обогащенной примесями периферией (бледная).
Микрофотография 653/2 показывает расположение сульфидных
включений в темной полосе.
10*
МИКРОФОТОГРАФИИ
http://alverworld.com/
http: / / www.proza.ru/avtor∕ ozzy72
fozzy72@gmail.com
501
I (0] I . IO
4
2 (0∣ I : 10 3 ∣0∣ I : IO
152.Ц
I : I
6
155.11
I : IO
5 (55. IJ 1:5
502
ι
∣5l.7∣
I : IO
∣5l.4)
1 : IO 3
: IO 4
(51.4) 1 : IO
503
I
155 .11
I : IO
3
2 [0] 1 : 10
4
IOJ
1 : 10
5
I
(ol
> I ∙ 2
(O)
■’ : €
I ■ I
Ii,s<j1
Z
Z ∙ I
IOl
I
frθfi
Z' I
(O)
$ ∖'Z
(I ssl
Z
I I
led
I ■ Z
Ii ssl
I
I I
Iol
V
909
506
I
I ∣5l.7] 1:5 2 ∣5l.7) 1:5 3
15I.7J
1:5
507
ι
fSl 71
1:1 2
151.71
1
608
ι
∣5∣∙7J
I : I
2
151.7]
1 :2
509
г
2
(51.7J
I : 2
1
[51.7J
I : 5
3
[51.7]
1 :2
510
I
∣5l.9∣
2:1 ∙1
∣5l.9)
2 : I
2
∣51.9)
2 : I
151.91
2: 1
3
(51.9)
2:1 6
(519)
2: 1
7
(ЗОЛ)
1 :2
511
3 ∣5l.4∣ I : I
I ∣5l.4∣ I : 2
4 ∣5l.4∣ : I
2
∣5l.4∣
I :2
5
151.41
2: I
512
2
151.41
I : 2
I ∣5l.4∣ 1:5
3
151.41
I : I
513
∣5l.4∣
2
∣51.4j 2 : I
3 ∣l.I ÷ 51.91
500 : I
II.I)
500 : 1
514
2
1 : 1
I
I : 5
3
1 : I
515
2
3
4
10 Металлография
I, том 111
15I.4J
151.41
151.41
151.4)
1 : 1
2: 1
2 : 1
2 : 1
516
ι
(01
1:1 2
IOJ
1 : 1
3
(01
1 : 1
4
lθ∣
ι : I
517
ι
[51.9]
2 : 1
∣51.9∣
20 : 1
2
[51.9]
10 : 1 3
[51.9∣
10 : 1
5
[51.4]
2 : 1
∣6,1S]
I : г
I6,ιsl
V
I :s
Го]
ε ι ∙s
[о]
s
I : S
10]
1
8 IS
519
I
[51.91
5: 1
2
151.91
10: 1 3
[51.91
20: 1
I : ог
l6 is ÷ nJ
HOI [6 IS + I lJ
I : OI
l6isj
Z
• S
[6ISJ
0Z9
'I : ооз
∣6*is -I i ll
1 : OOI
l6 is -I- ι,ι]
I : 003
(6'IS + II]
I : OI
[61S ÷ I I]
I : OOI
∣6*IS + II
I : 03
Igjs H- I I]
I : 03
[6 IS -I I I
IZS
I -QQZ
[6*ιs)
9
I : OS
[6 IS)
ε
I -OOI
(о is]
I -QZ
[6 IS)
Z
I √)2
[6IS)
I QZ
[6 is)
l
ZZfi
523
I
Ю1
1 : 2
2
[51.4J
1:2
3
[51.4J
2:1 4
[51.4j
2:1
524
I
∣51.4∣
1:2 2
I : I
3
∣51.4J
I :2
I : 1
5
∣5∣ .4 J
1:2 6
I
525
I
[0]
[51.7 J
1 : 1
3
I51.9J
20 : I
[51.9 J
100 : 1
5
ι∣.π
500: I 6
∣l.∣l
500 : 1
I : I
Izisl
Z : I
Izisl
Z Ol : 1 ∣Z lβl 6 Ol : I lZ ISl I
SZS
I : OOS (I II S I : OI U lSl »
I : I U lSl S
Ol ■ I U lSl I
U'∣sl г
i2S
I : OS
IZISl
I : 02
lZIS∣
I : I
IZ’IS]
C OI '
Izisl I
I : I
Izisl
2
8ZS
529
∣53) I : 10 2
[53J J : 2
1531
1 : 2
4
153)
1 :2
530
2
155.11
3
1 : 1
(51.4∣
1 : I
4
(51.4J
5
∣51.9J
IO : 1
531
I
151.41
5 : 1
151.9J
20 : I
3
[51.4J
2 : 1
4
(51.9 J
IOt 1
532
ι
151.9]
2 : I
11 Металлография железа, том 111
2
151.91
IO : 1
I5l.9∣
20 : 1
2
151.9 J
(51.9)
10 : 1
20: 1
[51.4] 1 : 1
3
151.4J
5
[51.4J
1 : 1
Ifr IS]
Z
1 ’ I
[fr-∣S]
I
Hfi
S : I
[fr IyJ
I : OOS
IUl
I-
I : (K)OI
∏ Ill
H I : OOS
Illl
Z
I : Z
ins]
l
SES
536
2
151.4]
I : 2
1
[51.41 1:6 3
[51.41
1 : 1
537
2
[51.41
1 : 1
1
J :5
3
[51.4]
1 : 1
538
(51.41
1 : 2
3
[51.4)
1 : 1
2
[51.4]
1 : 1
539
540
541
ι
[51.4]
1 : 1
2
[51.4]
1 : 1
542
[51.4]
2
[51.4]
1 : 1
543
ι
(51.4]
2 : 1
544
ι
IOJ
1:2 -2
IOJ
2 : I
4 ∣Γ>I.4∣ I : I
3
151.4J
2:1 5 I51.4J
I : I
Ol ∙ I
(I-SSl
fr
Ifrisl
∣∙∙00l Ull Z
HOI [rι∣
fits
I : OOS
UH 6 HOOS inj
I ∙ Ol
l6!Sj X ι∙z (6ISj
9
I OZ
Iril S I : OZ Iril fr I : OOI
∣0∣ £
I ∙∙ OS
(6* IS]
I : Ol
(6* ISl
91S
547
I
(∣.∣l
IOO : I
I∣.I)
100 : I
3
(11J
500 : I
(U)
20 : I
5
H U
100 : I
H U
100 : I
7
U.I)
500 : 1 8
Ii.ij
500 : 1
548
I
∣51.9∣
5:1 2
∣51.9∣
5 : I
3
∣5∣∙7∣
50 : 1 4
∣5l.7∣
50 : I
5
12 Мшллография железа, τou 111
∣30.i)
549
1 ∣0) 1 : 5
4
1:1 5
1 10
2 . ∣()∣ I : 2
10]
I : 5
550
ι
J51.4j
I : IO
2
(51.4)
1 : 5
551
(0∣
1 : 10
(51.41
I : 2
(51.41
1 : 1
(01
1 :2
552
I IOI
I : IO 2
3 4
I : IO
5
1:5
553
1 Ю] 1:5 2
1:5 3
∣62∣
: 1
1 : 1
4
554
I [0∣ I : 5
2 1:5
3 ∣51.4J 1 : 1
4 [0]
665
I : I
2
10]
1 : 2
I ∙∙0Z
[6,IS]
16IS]
S
I : 02
[6 ISJ
∣O]
Z
I : I
(O]
I
I : 02
(6IS]
ε
99S
557
I
U H
20 : I
HJI
100 : I
3
Il U
500: I
Il H
100: I
5
1 : I
558
5 (OJ
0
: 20 3 (0∣
1 :20 7 (OJ
8
20
1 :20
559
560
561
2 ∣0∣
I . IO
I ∣0∣
3 [0]
1 : 10
I : IO I ∣0∣
I : 10 5 I : IO
562
I
I : 5
2
I : 5
3
I :5
4
I : I
569
ISI-II
I : I
I ∣0∣ I : IO
IOl
1:1 3
∣o∣
I : S
∣0)
I :5
564
I
3
13 Металлография железа, т- 111
: I
о
: I
565
I
∣0∣ 5:1 2
∣OJ 5:1 3
∣0J 5:1
4 IOJ
5:1 5
∣0] 5:1 6
IOJ 5:1
7
II.U
100 : 1 8
IMI
500 : 1
566
I ∣0I 5 : I
3 ∣0∣ 1:1
1125°C
4 ∣0∣ 2:1
1200"C
IOJ 1:1
1275°C
2
10)
5:1 6
∣0∣
567
ι
ι∣.И
50 : I 2
H.H
50 : I
3
HU
50 : I
l∣.U
590 : I
5
5l.9∣
IO : I G
II.U
100 : I
7
IMI
100 : I 8
[Ml
200 : I
I ' OOS
lι ιl
9 l∙OOS
IUl
L
I : CS
IG ISl
9 I CS
(III
S
I ∙ OS
16 IS I- I II
I ∙ Ol
∣6∙∣S ÷ I II
E
I GS
IgkjI
г ι∙os
U U
89fi
569
з
li.U
[3.4∣
(3,1]
100 : 1
IOO : I 2
100 : 1
[1.1]
100 : I
13.41
(3.4]
100 : 1
100 : 1
9 [1.1] 100 : I
6 Hi]
IOO : I 0
[1.1]
IOC : 1 10 U.I]
100 : 1
570
I
ПИ
100 : I 5
IMI
100 : 1
2
IMJ
1000 : 1 6
∣M∣
1000 : 1
3
IUJ
100 : 1
(Ml
100 : 1
4
(1.1∣
1000 : 1 8
IM)
IOOO : I
571
I
(I.ι∣
100: I 5
Ill]
1000 : 1
2
UH
100 : 1 β
∣0]
1:5
3
∣1.∣]
100: 1
Ю1
1 2
4
HU
200 : I
Ю]
2: I
572
I
l∙r>,.9)
2:1 2
∣5∣.9∣
IO : I
3
∣5l.9∣
2:1 4
l∙r>1.9∣
IO : I
5
∣51.9∣
2:1 (j
∣51.9J
IO : I
7
I5L4J
1.1 B
№1
2 : 1
573
77
65
50
32
20
Il
I
:2
2
:2
574
I
1:1 2
I : 1
I : I
575
I
151.41
I : 2
2
151.71
I : 2
3
I5∣.71
1:2 4
[55.41
I : 1
576
3
(5l.4j
(51.4)
1 : 1
2 I5t 1∣
1 : 1
•1
151.4 J
I : 1
577
I ∣5l.4∣ 1:1
2
∣5l.4∣
1:1 I ∣5l.∙l∣ I : I
I : C
[6∣S∣
V
I ∙ E
[6∣sl
Z
1 - Z
HlSl
I
8Д9
I - OS
(6 IS ÷ I I]
L I-OS
(6'ISl
9
I :S
∣6IS∣
I : OOS [O)
ε 1:002 [o]
Z I : Z
(6’ISl
I
649
580
3
5
III 5l.∙∙∣
∣5l.<)∣
II.H
20 I 2
2:1 4
590 : I G
Illi 51.<>∣
∣l.l∣
∣5l.9∣
500 : I
50: I
2 : I
7
∣5l.9∣
IO : I 8
∣5l.9∣
100 : I
S81
1 U.U
IOO : 1 3
ll.U
100 : I
2
100 : 1 4
∣1.1]
500 : 1
5 [51.4]
1:1 7
[51.4]
1 : 2
G [51.4]
14 Металлография железа τ. Ill
2:1 8
[51.4]
2: 1
582
I
∣Γ>∣,∣∣
1 : IO 2
∣5l.4∣
I : I
4
l∣.H
50 : I 3
∣5∣.4∣
2 : I
5
IGII
50 : I
6'
∣0∣
500:1 7
I5l.4∣
5 : I
583
I
I : I
2
[51.4J
1 : 1
3
[51.41
1 : 5
I ∙∙ QZ
IllJ
1 : OOI
(Ul
Z : I
UlSl
I - Z
l61S∣
г : I
∣0∣
I -Z
UlSl
Z : I
(0∣
1 : Z
Iol
MS
5SS
4 (0∣ 2:1
I (55.4) I : 2
5 ∣SI.9∣ IOO: I
2 [55.4J I : 2
6 ∣l.l) 100:1
3
155.41
li.il
500: I
586
I
HH
IOO : I 2
H.H
500 : 1-
3
11.1]
100 : 1 4
11.1]
500 : 1
5
l∣.H
100 : 1 6
H.l]
500 : 1
7
U-H
100 : 1 8
HU
500 : I
587
I
n.I]
50 : 1
l∣. H
100 : 1
3
UH
100 : I
l∣.U
500 : I
5 ∣1.1÷51.9J
100 : I 6
∣l.I ÷ 51.91
100 : j
7
(∣.1∣
100 : I 8
111)
500 1
688
I
50: 1 2
[1.∣]
100: 1
3
[i.ll
500: 1 4
[1.1]
100: 1
5
H.U
500: 1 6
[1.1]
500: 1
7
[1.1]
100 : 1 5
[1.1]
500: 1
589
I
HU
100: 1 3
l∣.l)
500 : I
2
[1.1]
100 : I 4
II.1]
500: 1
5
U.1]
100 : 1 6
IIIJ
500: I
7
[1.1]
100 : 1 8
[1.1]
500: 1
590
I
U-H
50 : I 2
(1.1 -I- 51.9∣
100 : I
3 ∣1.I+ 51.9] 100:1
11.1]
100 : I
5
[LI]
500 : I 6
∣LI]
100 : 1
7
ILl + 5L9]
100: 1
ILlJ
500 : 1
591
ι
l∣.H
IOO : I
II.H
500 : I
3
[1.1]
100 : 1
[1.1]
500 : 1
5
[1.1]
100: 1 6
[I.U
500 : I
7
[1.1]
100 : 1
[1.1]
500 : 1
592
I
li.U
IOO : 1 2
IM]
500 : I
3
li.U
100 : 1 4
I∣.1]
500: 1
5
H.U
100 : 1 6
[1.1]
500: 1
7
[1.1]
100 : 1 8
[1.1]
500 : 1
593
I
H I)
100: I
[I.I]
500 : I
3
(∣-∣]
100 : I
l∣ ∣1
500. I
5
l∣ 1]
100: I G
PU
500 ∙ 1
7
(ill
100: I 8
(I.∣1
500: I
594
1 IOJ 2:1
IOJ 1:1
5 ∣51.4J 2:1
2 IOJ 1 : I
3
[0]
1:1 6
∣51.4J
1
595
I
∣51.4∣
2 : I
5
∣0∣
I : I
2
151.41
io)
2 : I
3
l∣4∣
50 : 1
l∣4∣
100 I 1
1
f∣.I 1-14]
500 : 1
fl.If
1000 : 1
3
fl.I ∙∙ ∣4]
500 : 1
i∣.U
1000 : I
5
I∣.I 14]
500 : 1 6
HU
1000 : I
7 fl.1 : 14]
500 : I 8
fill
1000 : 1
597
111 + 141
500: 1
[1.11
1000 : 1
11.1 + 14J
500 : 1
111]
1000 : 1
[1.1 + 14]
500: 1
[1.11
1000 : 1
1.1 ÷ 14]
500: 1
[11]
1000 : I
598
l∣.I i M∣
500 : I
2 H.H 1000 : I
3 11.1 Ml
500 : I
4 ∣l.l∣ 1000 : I
l∣.I : M∣
1000 : I
<> II I M∣ 1000 : I
15 Металлография железа, τ. Ill
7 l∣.∣ ∙ M∣
1000 : I H
Ml
I(K)O : I
599
I
I «7|
500 : I 2
N7∣
IOOO : I
3
N7∣
1000 : I 4
N7j
1000 : I
117∣
5(M> ; I G
117∣
IOOO : I
600
I
(I.I)
500 : I
H
500 : I
3
[LI]
500 : I 4
ILI]
1000 : I
5
ILII
200 : I
/
H H
IOOO : I 8
H
200 : I
601
i
H.U
IOOO : I 4
(I.U
50 : 1
2
145.11
1000 : I 5
II.U
1000 : I
3
II.U
IOOC : 1 6
1000 : I
602
I
l∣.H
50 : I 5
∣∙>ι
1000 : I
2 II.I ; III ∣000 : I
6 l∣∙∣ : ∣4∣ 500 : I
3 ∣l.I ! I4∣ 1000 : I
4
II.I i Ml
1000 : I
II I ! MJ
IOOO : I
603
I
117)
Γ>()l) : I
117∣
500 : I
3
[47∣
500 : 1
1471
1000 : 1
5
J47J
JOOO
I47J
500 : J
604
I
III III
50 : I I
II. I III
200 : I
9
III
500 : I 5
l∣. I 1 ∣l∣
500 : I
Jl l J NJ
JOCO : J
J∣.∣ J NJ
1000: J
605
2
l∣.I , III
(I.I -! M∣
l∣.I : ∣4∣
I(N)O : I
500 : I 5
500 : I 6
(LI -:- I4∣
(U :• ∣4∣
IU I M∣
500 : I
500 : I
500 : I
I : OOS II I I I II L I ' 0001 II I I I lJ 9
I 0001 Illl 9
HOOOI In) S
HOOOI Iril I*
H OOS Illiril I
HOOOI Iril δ
909
г : OOOI (И I I lf L I : 009 Гц I ∣ If $
I :оог (н -Iiii
l ∙00S III -I- I Il 9
I OOOI In Ill
I -0001 In ! i n е
I-OtHJ III III I
£09
608
550° C
G00j с:
3 [ll∣ 2:1
700° C
8oo0 с:
4 [1.1 ÷ 51.91 2:1
«50’C
ООО" C
1050° C
J Л.IJ 1.5:1
2
JHJ
1.5 : 1
[1.1 I HJ 2:1
I : I
Ir ISl
L
I '∙ S
IN ∙∣ I
(
I : S
III ; I
K
14 IlSSl 9
I :l
11 SSl
I : S
III I'll
I : S
III I I
I
609
610
I
115.∣ 1
5 : I
3
20 : I 2
[45.11
50 : I
I
II.Il
200 : I
HH
200 : I
6
500 : 1
7
H.I :- hi
1000 : I
611
I l∣.∣÷∣4∣
IOOO : I 3
(45.1J
2 ∣l.I I I4∣
1000 : I 4
l∣.I)
1000 : I
200 : I
II.Il
SOO : I
612
2
∣l.I I 5l.9∣
20 : I ∙J
11.1 , 51.9∣
20 : I
∣∣.I -»- 5l.9∣
20 : I 5
(I.I -I- 5l.9∣
20 : I
II.I 5l.9∣
20 : I G
l∣.I I 5l.9∣
20 : I
7
l∣.H
5o : I
I ∙ OOOI
Iti ! I ι∣
I : 03
in : ∣∙∣∣
9
I : 0001
III I III
I 03
hi ∣<j ∙∙ i n
Γ
I ∙ 09
Io ∣9 I I U
3 I ∙ 01
∣GI9
K
I - 09
∣G'I9 i I II
I
εro
614
[45 11
200: 1
[∣.11
100: 1
[47 + 45.1]
500 1
[47 + 45.1]
1000: 1
H?!
[47]
[47]
500: 1
500: 1
500:
615
755“ C
730° C
710° C
( W? C
GliO C
630° C
560f C
51» C
520° C
sure
IK.r> C
470° C
I. II.U
16 Металлография железа,
IOO : I
t. UI
2
(I.H
IOO : I
3
115 I,
IOO : I
616
520c C
l∣.I I ∣4∣
500 : I
550" C
705° C
∣1.1 I ∣4∣
1000: 1
720° C
.1 I 5l.9∣
30 : I
1.1 i- I4∣
500 : I
l∣.I NI
IOOO : I
.1 i I4∣
IOOO : I
617
450° C
2 Il I III 500:1
485c C
685c C
l∣.I I ∣4∣
1000 : I
720° C
I ∣l.l∣-5l.9∣ 30:1
6
[I.H
500 : 1 5
HI N|
l∣.H
I(M)O : I
500 : 1
I : OOOI
IM -I I II
tf I : OOOI
IN ! I II L
I : OOS
9 I : 009
Q
I : OOOI
IN ÷ I II
I : 009
In -I- i ll
S
I : OOOI
IN -I- III
Z I : OOS
IH I I II
I
819
1 : OOS
(6 is ÷ rιl
9 1 : OOS
Ig is -I- ,i∣
L
I : OS
l6is + rι I
I ∙ os Ig is ÷ , ιl s
I ■ OS
Igis H IIJ
V I-OS
∣6 IS I II]
S
I : OS
и и
I : OS
Hll
I
619
620
I/O C
185° C
510° C
2 ∣∣.l H∣ 500:1
520 C
540 C
560t C
3 ∣l.l H∣ 1000:1
OIOt C
060° C
685° C
4 ∣l.l I ∣4∣ 500 : I
710° C
730 C
755' C
I 11.1 I 5l.9∣
100 : 1
о
∣l.l s HJ 500: I
621
2%
700° C
750° C
5θ,>
675° C
750° C
10%
650° C I
700° C
17%
625° C
675° C
24%
570° C
650° C
I ∣45.IJ
100 : 1
320° C
2
∣45.1)
100 : 1
46%
640° C
622
IIO C
2%
∣H0o Ct
10%
535 C
46%
650° C
I 115.11 100: I:
665° C
2
I∣.U
1000 : 1
GNO C
3
H.U
WOO: 1
4 И5.Ц 100:1
:0001
пи
8
I :0001
[N ÷ I II
I : OOOI
fill
I : 0001
III I I II
I : 0001
111
I : 0001
In ÷ i ll
I : 0001
Iul
I : 0001
III I r
εz9
624
I
∣1.∣ г ∣4∣
IOOO : I
l∣.I)
1000 : I
2
II.I I4∣
1000 : I 6
(I.U
1000 : 1
3
111+ 14) 1000:1
U.U
1000 : I
4
11.1 I- 14]
1000: 1 8
Hi]
1000 : 1
625
G20oC 3 ч
<580° C 3 ч
680oC 35 ч
760° C 35 ч
I
145.11
100: I
2
620° C 3 ч
680° C 3 ч
680° C 35 ч
760oC 35
145.11
100: I
I : OOOI
[01
I ∙ ooor
[01
L
I * OOOI
[N + 111
O I : OOOI
G
I ■ OOS
ini
fr I : OOOI
[N I I'll
ε
I ■ oos
In I i ll
ε I ■ oos
I
9Z9
627
2 11.11
1 11.11 100:1
500: 1
4 ∣1.11
3 Ц.1∣ 100:1
500: I
5
UH
100 : 1
6
l∣.H
ГИИ): I
7
IUl
100: 1 8
l∣.H
500: I
628
I
∣56∣
2
∣5G∣
: I
3
∣5t>∣
IOO : I
∣5l.4∣
IO : I
151. Il
IO : I 6
∣5l.4∣
IO : I
629
ι
∣47∣
IOOO : I
2
∣47∣
500 : I
∣47∣
500 : I
4
∣47J
500 : I
5
∣47∣
500 : I
63p
I
l*∣7∣
I(X) : I 2
И7|
500 : I
3
∣κ∣
I(HH) : I
I
l∣~l
I(H) : I
117 ; 45.11
2<H) : I
631
i
(I.U
500 : I 2
500 : I
3
U.U
500 : 1 4
(I.U
500 : 1
5
(2.3)
IOOO : 1 G
(2.3]
1000 : 1
17 Металлография железа, τ. IU
7
(2.31
1000 : 1 8
∣2.3]
1000 : I
632
3
12. U
IOOO : I
∣2.3∣
1000 : I
12.31
1000
∣2.3∣
1000 : I
12.31
IO(K) : I 6
∣2.3∣
1000 : I
∣2.3∣
1000 : I 8
,2.31
1700 : I
633
I
∣29∣
2Э : I
∣29∣
500 : I
2
∣29∣
20 : I 6
∣29∣
20 : I
3
∣29J
20 : I 7
129)
20 : I
4
∣29∣
20 : I 8
∣29J
20 : I
634
I
∣29∣
20 : 1 С»
∣29)
100: 1
9
∣29J
20 : I 7
∣29J
100: 1
3
∣2<>∣
20 : I 8
∣20∣
IOO : I
4
I29J
20: 1 5
I29J
20: 1
635
I
∣29∣
20 : I 5
∣29∣
20: I
2
∣2<>∣
20 : I 0
∣29∣
20: I
3
12<JJ
20 : I 7
129J
20 : I
4
129]
20 : 1 8
129]
20: 1
636
I
∣3.4∣
IOO : I 5
∣3.4∣
100 : I
2
∣3.4∣
100 : I 6
∣3.4)
100 : I
3
∣3.4)
100 : I
13.4)
100 : I
4
∣3.4)
100 : I 8
13.4)
100 : I
637
I
H.H
500 : I 2
l∣.U
500 : I
3
∣3,∣)
500 : I 4
13. Il
500 : I
6
∣3.4∣
500 : I
5
∣3.4∣
20 : I 7
∣3,∣∣
500 : I
638
∣3.4]
IOO : I
∣3.4J
100 : I 4
∣3.4]
200 : I
3
∣3.∙l∣
20 :
∣3.4)
500 : I
639
I ∣l.l) IOO : I
∣l.H 5:1
3 11.1] 100:1
.r> III) 5:1
I II I I 100:1
7
100
6
l∣.H
18 Металлография железе, τ. Ill
I : OOOI
Iril
I ∙ 0001
I : 0001
[H + !’
I : 00<J
Itl -I I II
I : 0001
I : 0001
I : 00δ
Itl ÷ I II
[H + Il
Itl I Ul
I
Otβ
I : OOOI
IveI
9
I : 0001
IrcI
I: OOS
lκεl
t I : oos
Im ÷ ι,ιl
ε
I : OOS
Im + ill
I : 006
Im I i ll
I
»9
I : OOOl
IH:)
I : OOV
Hl]
9
I ∙' 005
S
I : 00δ
III]
I : OOOl Im + I I] Б
I <00<I
IM + I'll
I : 00δ
Illl
I
SM
643
ι
[3.4]
500 : 1 5
[3.4∣
500 : 1
2
[3.4]
500 : 1 6
[3.4∣
500 : I
3
[3.4]
500 : 1 7
[3.4]
500 : 1
4
[3.4]
50Э : 1 8
[3.4]
500: I
644
[47 + 45.1]
200 : 1 5
[51.9]
200: 1
[47 + 45.1]
200: 1 G
НИ
100: 1
[47 + 45.1]
100: 1 7
[3∙4]
1000: 1
[47 + 45.1]
200: 1 8
[34]
500: I
645
646
647
648
649
β4β
647
848
648
650
651
652
653
I
1 : I
2
I : I
654
655
656
857