ניתוח היווצרות וסדקים של הפרדת זרחן בפלדת פחמן מבנית
כיום, המפרטים הנפוצים של מוטות ומוטות תיל מפלדת פחמן מבנית המסופקים על ידי מפעלי פלדה מקומיים הם φ5.5-φ45, והטווח הבוגר יותר הוא φ6.5-φ30. ישנן תאונות איכות רבות הנגרמות על ידי הפרדת זרחן בחומרי גלם של מוטות ומוטות תיל קטנים. בואו נדבר על השפעת הפרדת הזרחן ועל ניתוח היווצרות סדקים לעיונכם.
הוספת זרחן לברזל יכולה לסגור בהתאם את אזור הפאזה האוסטניטית בדיאגרמת הפאזה של ברזל-פחמן. לכן, יש להגדיל את המרחק בין המוצק לליקווידוס. כאשר פלדה המכילה זרחן מקוררת מנוזל למוצק, היא צריכה לעבור דרך טווח טמפרטורות רחב. קצב הדיפוזיה של זרחן בפלדה איטי. בשלב זה, ברזל מותך עם ריכוז זרחן גבוה (נקודת התכה נמוכה) מתמלא בפערים בין הדנדריטים הראשונים שהתמצקו, ובכך יוצר הפרדת זרחן.
בתהליך היציקה הקרה או שיחול קר, נראים לעיתים קרובות מוצרים סדוקים. בדיקה וניתוח מטלוגרפיים של המוצרים הסדוקים מראים שהפריט והפרליט מפוזרים ברצועות, וניתן לראות בבירור רצועה של ברזל לבן במטריצה. בפריט, ישנם תכלילים סולפיד אפורים בהירים בצורת פס לסירוגין על מטריצת פריט בצורת פס זו. מבנה פס זה הנגרם על ידי הפרדת זרחן גופרית נקרא "קו רפאים". הסיבה לכך היא שהאזור העשיר בזרחן באזור עם הפרדת זרחן חמורה נראה לבן ובהיר. בשל תכולת הזרחן הגבוהה של החגורה הלבנה והבהירה, תכולת הפחמן בחגורה הלבנה והבהירה המועשרת בזרחן מצטמצמת או שתכולת הפחמן קטנה מאוד. בדרך זו, הגבישים העמודיים של לוח היציקה הרציפה מתפתחים לכיוון המרכז במהלך היציקה הרציפה של החגורה המועשרת בזרחן. כאשר הביל מתמצק, דנדריטים אוסטניט שוקעים תחילה מהפלדה המותכת. הזרחן והגופרית הכלולים בדנדריטים אלה מצטמצמים, אך הפלדה המותכת הסופית עשירה בזרחן וגופרית, אשר מתמצקים בין ציר הדנדריט. בשל תכולת הזרחן והגופרית הגבוהה, גופרית תיצור גופרית, והזרחן יתמוסס במטריצה. היא אינה מתפזרת בקלות ויש לה השפעה של פריקת פחמן. פחמן לא יכול להתיך, ולכן סביב תמיסת הזרחן המוצקה (צדדי הפס הלבן של הפריט) יש תכולת פחמן גבוהה יותר. יסוד הפחמן משני צידי חגורת הפריט, כלומר, משני צידי האזור המועשר בזרחן, יוצר בהתאמה חגורת פרליט צרה ומסתיימת במקביל לחגורה הלבנה של הפריט, והרקמה הרגילה הסמוכה נפרדת. כאשר הבילטים מחוממים ולוחצים, הצירים ימשכו לאורך כיוון עיבוד הגלגול. הסיבה לכך היא שפס הפריט מכיל זרחן גבוה, כלומר, הפרדת זרחן משמעותית מובילה להיווצרות מבנה פס פריט רחב ובהיר, עם ברזל ברור. יש רצועות אפורות בהירות של גופרית בפס הרחב והבהיר של גוף האלמנט. רצועת פריט עשירה זו בזרחן עם רצועות ארוכות של גופרתי היא מה שאנו מכנים בדרך כלל ארגון "קו הרפאים" (ראה איור 1-2).
איור 1 חוט רפאים מפלדת פחמן SWRCH35K 200X
איור 2 חוט רפאים מפלדת פחמן רגילה Q235 500X
כאשר מגולגלים פלדה בחום, כל עוד יש הפרדת זרחן בבילט, בלתי אפשרי להשיג מיקרו-מבנה אחיד. יתר על כן, עקב הפרדת זרחן חמורה, נוצר מבנה של "חוט רפאים", אשר בהכרח יפחית את התכונות המכניות של החומר.
הפרדת זרחן בפלדת פחמן נפוצה, אך דרגת הפרדה שונה. כאשר הזרחן מופרד בצורה חמורה (מופיע מבנה "קו רפאים"), הדבר יגרום להשפעות שליליות ביותר על הפלדה. ברור שהפרדה חמורה של זרחן היא הגורם לסדיקה של החומר במהלך תהליך הקרירה. מכיוון שלגרגירים שונים בפלדה יש תכולת זרחן שונה, לחומר יש חוזק וקשיות שונים; מצד שני, זה גם גורם לחומר לייצר לחץ פנימי, מה שיגרום לחומר להיות נוטה לסדיקה פנימית. בחומר עם מבנה "קו רפאים", דווקא הפחתת הקשיות, החוזק, ההתארכות לאחר השבר והפחתת השטח, ובמיוחד הפחתת קשיחות ההשפעה, הם שיובילו לשבירות הקור של החומר, ולכן תכולת הזרחן ותכונות המבנה של הפלדה קשורות זה לזה באופן הדוק מאוד.
גילוי מטלוגרפי ברקמת "קו הרפאים" במרכז שדה הראייה, יש מספר רב של סולפידים מוארכים בצבע אפור בהיר. התכלילים הלא מתכתיים בפלדת מבנה קיימים בעיקר בצורת תחמוצות וסולפידים. על פי GB/T10561-2005 "שיטת בדיקה מיקרוסקופית סטנדרטית לתכולת תכלילים לא מתכתיים בפלדה", התכלילים מסוג B עוברים גיפור בשלב זה. רמת החומר מגיעה ל-2.5 ומעלה. כידוע לכולנו, תכלילים לא מתכתיים הם מקורות פוטנציאליים לסדקים. קיומם יפגע קשות בהמשכיות ובקומפקטיות של המיקרו-מבנה של הפלדה, ויפחית מאוד את החוזק הבין-גרגירי של הפלדה. מכך ניתן להסיק שנוכחות סולפידים ב"קו הרפאים" של המבנה הפנימי של הפלדה היא המיקום הסביר ביותר לסדקים. לכן, סדקים בחישול קר וסדקים בטיפול בחום במספר רב של אתרי ייצור מחברים נגרמים על ידי מספר רב של סולפידים דקים בצבע אפור בהיר. הופעתן של אריגות גרועות כאלה הורסת את המשכיות תכונות המתכת ומגבירה את הסיכון לטיפול בחום. לא ניתן להסיר את "חוט הרפאים" על ידי נרמול וכו', ויש לשלוט בקפדנות על אלמנטים של טומאה החל מתהליך ההתכה או לפני כניסת חומרי הגלם למפעל.
תכלילים לא מתכתיים מחולקים לאלומינה (סוג A) סיליקט (סוג C) ותחמוצת כדורית (סוג D) בהתאם להרכבם ויכולת העיוות שלהם. קיומם קוטע את המשכיות המתכת, ונוצרים בורות או סדקים לאחר הקילוף. קל מאוד ליצור מקור לסדקים במהלך התפוררות בקור ולגרום לריכוז מאמץ במהלך טיפול בחום, וכתוצאה מכך לסדיקה מרווה. לכן, יש לשלוט בקפדנות על תכלילים לא מתכתיים. הסטנדרטים הנוכחיים GB/T700-2006 "פלדת פחמן מבנית" ו-GB/T699-2016 "פלדת פחמן מבנית באיכות גבוהה" אינם קובעים דרישות ברורות לתכלילים לא מתכתיים. עבור חלקים חשובים, הקווים הגסים והדקים של A, B ו-C אינם בדרך כלל עולים על 1.5, והקווים הגסים והדקים של D ו-D אינם עולים על 2.
זמן פרסום: 21 באוקטובר 2021
