Fosfori segregatsiooni moodustumise ja pragunemise analüüs süsinikkonstruktsiooniterasest
Praegu on kodumaiste terasetehaste pakutavate süsinikterasest valtstraatvarraste ja -lattide tavalised spetsifikatsioonid φ5,5–φ45 ja küpsem vahemik φ6,5–φ30. Väikeste valtstraat- ja -lattide tooraines on fosfori eraldumine põhjustanud palju kvaliteediõnnetusi. Räägime fosfori eraldumise mõjust ja analüüsime pragude teket.
Fosfori lisamine rauale võib vastavalt sulgeda austeniidi faasi piirkonna raua-süsiniku faasidiagrammis. Seetõttu tuleb suurendada tahke aine ja likviduse vahelist kaugust. Kui fosforit sisaldav teras jahutatakse vedelast tahkeks olekus, peab see läbima laia temperatuurivahemiku. Fosfori difusioonikiirus terases on aeglane. Sel ajal täidetakse esimesena tahkestunud dendriitide vahelised tühimikud kõrge fosfori kontsentratsiooniga (madala sulamistemperatuuriga) sula rauaga, moodustades seeläbi fosfori segregatsiooni.
Külmpressimise või külmpressimise protsessis on sageli näha pragunenud tooteid. Pragunenud toodete metallograafiline kontroll ja analüüs näitab, et ferriit ja perliit on jaotunud ribadena ning maatriksis on selgelt näha valge raua riba. Ferriidis on sellel ribakujulisel ferriitmaatriksil vaheldumisi ribakujulised helehallid sulfiidiinklusioonid. Seda väävelfosfiidi eraldumisest tingitud ribakujulist struktuuri nimetatakse "kummitusjooneks". See on tingitud asjaolust, et fosforirikas tsoon tugeva fosfori eraldumisega piirkonnas on valge ja läikiv. Valge ja läikiva vöö kõrge fosforisisalduse tõttu on fosforirikas valge ja läikiva vöö süsinikusisaldus vähenenud või on süsinikusisaldus väga väike. Sel viisil arenevad pidevvaluplaadi sammaskristallid fosforirikastatud vöö pidevvalamisel keskpunkti poole. Kui toorik on tahkestunud, sadestuvad sulast terasest esmalt austeniidi dendriidid. Nendes dendriitides sisalduv fosfor ja väävel on redutseeritud, kuid lõplik tahkestunud sula teras on rikas fosfori ja väävli lisandite poolest, mis tahkuvad dendriitide telgede vahel. Tänu suurele fosfori ja väävli sisaldusele moodustab väävel sulfiidi ning fosfor lahustub maatriksis. Seda ei ole kerge difundeerida ja see põhjustab süsiniku eraldumist. Süsinikku ei saa sulatada, seega on fosfori tahke lahuse ümber (ferriidi valge riba külgedel) suurem süsinikusisaldus. Ferriidivöö mõlemal küljel, st fosforiga rikastatud ala mõlemal küljel, moodustavad süsinikuelemendid vastavalt kitsa, katkendliku perliidivöö, mis on paralleelne ferriidi valge vööga, ja külgneva normaalse koega eralduvad. Kui toorikut kuumutatakse ja pressitakse, ulatuvad võllid valtsimistöötlemise suunas. Just seetõttu, et ferriidivöö sisaldab palju fosforit, viib tugev fosfori segregatsioon tugeva laia ja heleda ferriidivöö struktuuri moodustumiseni, kus on selgelt nähtavad rauasisaldused. Elemendi keha laias ja heledas vöös on helehallid sulfiidiribad. See fosforirikas ferriidiriba pikkade sulfiidiribadega on see, mida me tavaliselt nimetame "kummitusjoone" organisatsiooniks (vt joonis 1-2).
Joonis 1. Süsinikterasest kummitraat SWRCH35K 200X
Joonis 2. Lihtsast süsinikterasest Q235 500X kummitraat
Terase kuumvaltsimisel ei ole võimalik saavutada ühtlast mikrostruktuuri seni, kuni toorikul on fosfori eraldumine. Lisaks on tugeva fosfori eraldumise tõttu tekkinud "kummitraadi" struktuur, mis paratamatult vähendab materjali mehaanilisi omadusi.
Fosfori eraldumine süsinikterasest on tavaline, kuid aste on erinev. Kui fosfor on tugevalt eraldunud (ilmneb "kummitusjoone" struktuur), avaldab see terasele äärmiselt kahjulikku mõju. Ilmselgelt on tugev fosfori eraldumine materjali pragunemise põhjuseks külmpressimise ajal. Kuna terase erinevatel teradel on erinev fosforisisaldus, on materjalil erinev tugevus ja kõvadus; teisalt tekitab see materjalis ka sisemist pinget, mis soodustab sisemiste pragunemiste teket. "Kummitustraadi" struktuuriga materjali puhul on just kõvaduse, tugevuse, purunemisjärgse venivuse ja pindala vähenemine, eriti löögitugevuse vähenemine, mis viib materjali külmahapruseni, seega on fosforisisaldusel ja terase struktuurilistel omadustel väga tihe seos.
Metallograafiline tuvastamine Vaatevälja keskel asuvas "kummitusjoone" koes on suur hulk helehalle piklikke sulfiide. Konstruktsiooniterase mittemetallilised lisandid esinevad peamiselt oksiidide ja sulfiidide kujul. Vastavalt standardile GB/T10561-2005 "Standardne mikroskoopiline kontrollmeetod terase mittemetalliliste lisandite sisalduse määramiseks" on B-tüüpi lisandid sel ajal vulkaniseeritud ja materjali tase ulatub 2,5-ni ja kõrgemale. Nagu me kõik teame, on mittemetallilised lisandid potentsiaalsed pragude allikad. Nende olemasolu kahjustab tõsiselt terase mikrostruktuuri järjepidevust ja kompaktsust ning vähendab oluliselt terase teradevahelist tugevust. Sellest järeldub, et sulfiidide olemasolu terase sisestruktuuri "kummitusjoonel" on kõige tõenäolisem pragunemise koht. Seetõttu on külmstantsimise ja kuumtöötlusega karastamise praod paljudes kinnitusdetailide tootmiskohtades põhjustatud suurest hulgast helehallidest peenikestest sulfiididest. Selliste halbade kudumite ilmnemine hävitab metalli omaduste järjepidevuse ja suurendab kuumtöötluse ohtu. "Kummitusniiti" ei saa normaliseerimise jms abil eemaldada ning lisandeid tuleks sulatamisprotsessist või enne tooraine tehasesse sisenemist rangelt kontrollida.
Mittemetallilised inklusioonid jagunevad koostise ja deformeeritavuse järgi alumiiniumoksiidiks (tüüp A), silikaadiks (tüüp C) ja sfääriliseks oksiidiks (tüüp D). Nende olemasolu katkestab metalli pidevuse ning pärast koorimist tekivad süvendid või praod. Külma töötlemise ajal on väga lihtne tekitada pragusid ja kuumtöötlemise ajal pingekontsentratsiooni, mille tulemuseks on karastuspragunemine. Seetõttu tuleb mittemetallilisi inklusioone rangelt kontrollida. Kehtivad terasestandardid GB/T700-2006 "Süsinikkonstruktsiooniteras" ja GB/T699-2016 "Kvaliteetne süsinikkonstruktsiooniteras" ei esita mittemetalliliste inklusioonide kohta selgeid nõudeid. Oluliste osade puhul ei ole A, B ja C jämedate ja peente joonte suurus üldiselt suurem kui 1,5 ning D ja D jämedate ja peente joonte suurus ei ole suurem kui 2.
Postituse aeg: 21. okt 2021
