Fosfora segregācijas veidošanās un plaisāšanas analīze oglekļa konstrukciju tēraudā
Pašlaik vietējo tērauda rūpnīcu piegādāto oglekļa strukturālā tērauda stiepļu stieņu un stiepļu kopējās specifikācijas ir φ5,5–φ45, un nobriedušāks diapazons ir φ6,5–φ30. Maza izmēra stiepļu stieņu un stiepļu izejvielās fosfora segregācija izraisa daudzus kvalitātes negadījumus. Jūsu zināšanai parunāsim par fosfora segregācijas ietekmi un plaisu veidošanās analīzi.
Fosfora pievienošana dzelzs fāzēm var attiecīgi aizvērt austenīta fāzes reģionu dzelzs-oglekļa fāžu diagrammā. Tāpēc attālums starp solidusu un likvīdu ir jāpalielina. Kad fosforu saturošs tērauds tiek atdzesēts no šķidra stāvokļa cietā stāvoklī, tam jāiziet cauri plašam temperatūras diapazonam. Fosfora difūzijas ātrums tēraudā ir lēns. Šajā laikā izkausēts dzelzs ar augstu fosfora koncentrāciju (zemu kušanas temperatūru) aizpilda spraugas starp pirmajiem sacietējušajiem dendritiem, tādējādi veidojot fosfora segregāciju.
Aukstās presēšanas vai aukstās ekstrūzijas procesā bieži var redzēt saplaisājušus produktus. Saplaisājušo produktu metalogrāfiskā pārbaude un analīze rāda, ka ferīts un perlīts ir sadalīti joslās, un matricā ir skaidri redzama balta dzelzs josla. Ferītā uz šīs joslveida ferīta matricas ir intermitējoši joslveida gaiši pelēki sulfīda ieslēgumi. Šo joslveida struktūru, ko izraisa sēra fosfīda segregācija, sauc par "spoku līniju". Tas ir tāpēc, ka fosfora bagātā zona apgabalā ar izteiktu fosfora segregāciju izskatās balta un spoža. Baltās un spožās joslas augstā fosfora satura dēļ ar fosforu bagātinātās baltās un spožās joslas oglekļa saturs ir samazināts vai ļoti mazs. Tādā veidā nepārtrauktās liešanas plātnes kolonnveida kristāli fosfora bagātinātās joslas nepārtrauktās liešanas laikā attīstās virzienā uz centru. Kad sagatave ir sacietējusi, no izkausētā tērauda vispirms izgulsnējas austenīta dendrīti. Šajos dendritos esošais fosfors un sērs ir reducēts, bet galīgais sacietējušais izkausētais tērauds ir bagāts ar fosfora un sēra piemaisījumu elementiem, kas sacietē starp dendrītu asīm. Augstā fosfora un sēra satura dēļ sērs veidos sulfīdus, un fosfors izšķīdīs matricā. Tas grūti difundēs un izdalīs oglekli. Ogleklis nevar izkausēties, tāpēc ap fosfora cieto šķīdumu (ferīta baltās joslas malās) ir lielāks oglekļa saturs. Oglekļa elements abās ferīta joslas pusēs, t.i., abās fosfora bagātinātās zonas pusēs, attiecīgi veido šauru, pārtrauktu perlīta joslu, kas ir paralēla ferīta baltajai joslai, un blakus esošie normālie audi atdalās. Kad sagatave tiek uzkarsēta un presēta, vārpstas stiepjas velmēšanas apstrādes virzienā. Tieši tāpēc, ka ferīta joslā ir augsts fosfora saturs, t.i., nopietna fosfora segregācija noved pie nopietnas platas un spilgtas ferīta joslas struktūras veidošanās ar izteiktu dzelzi. Elementa korpusa platajā un spilgtajā joslā ir gaiši pelēkas sulfīda joslas. Šo fosforam bagāto ferīta joslu ar garām sulfīda sloksnēm mēs parasti saucam par "spoku līnijas" organizāciju (sk. 1.-2. attēlu).
1. attēls. Spoka stieple no oglekļa tērauda SWRCH35K 200X
2. attēls. Spoka stieple no vienkārša oglekļa tērauda Q235 500X
Karstās velmēšanas laikā, kamēr sagatavē ir fosfora segregācija, nav iespējams iegūt vienmērīgu mikrostruktūru. Turklāt spēcīgas fosfora segregācijas dēļ ir izveidojusies "spoku stieples" struktūra, kas neizbēgami samazinās materiāla mehāniskās īpašības.
Fosfora atdalīšanās oglekļa tēraudā ir izplatīta parādība, taču tās pakāpe ir atšķirīga. Ja fosfors ir stipri atdalījies (parādās "spoku līnijas" struktūra), tas ārkārtīgi negatīvi ietekmē tēraudu. Acīmredzot, spēcīga fosfora atdalīšanās ir materiāla plaisāšanas cēlonis aukstās presēšanas procesā. Tā kā dažādiem tērauda graudiem ir atšķirīgs fosfora saturs, materiālam ir atšķirīga izturība un cietība; no otras puses, tas arī rada materiāla iekšējo spriegumu, kas veicina tā noslieci uz iekšējām plaisāšanām. Materiālā ar "spoku līnijas" struktūru tieši cietības, izturības, plīsuma pagarinājuma un laukuma samazināšanās, īpaši triecienizturības samazināšanās, novedīs pie materiāla aukstumtrausluma, tāpēc fosfora saturam un tērauda strukturālajām īpašībām ir ļoti cieša saistība.
Metalogrāfiskā noteikšana "spoku līnijas" audumā redzes lauka centrā ir liels skaits gaiši pelēku, iegarenu sulfīdu. Nemetāliskie ieslēgumi konstrukcijas tēraudā galvenokārt pastāv oksīdu un sulfīdu veidā. Saskaņā ar GB/T10561-2005 "Standarta mikroskopiskās pārbaudes metode nemetālisko ieslēgumu saturam tēraudā" B tipa ieslēgumi šajā laikā tiek vulkanizēti, un materiāla līmenis sasniedz 2,5 un vairāk. Kā zināms, nemetāliskie ieslēgumi ir potenciāli plaisu avoti. To klātbūtne nopietni bojā tērauda mikrostruktūras nepārtrauktību un kompaktumu, kā arī ievērojami samazina tērauda starpkristālu izturību. No tā var secināt, ka sulfīdu klātbūtne tērauda iekšējās struktūras "spoku līnijā" ir visticamākā plaisu rašanās vieta. Tāpēc aukstās kalšanas plaisas un termiskās apstrādes dzēšanas plaisas daudzās stiprinājumu ražotnēs izraisa liels skaits gaiši pelēku, tievu sulfīdu. Šādu sliktu pinumu parādīšanās iznīcina metāla īpašību nepārtrauktību un palielina termiskās apstrādes risku. "Spoku pavedienu" nevar noņemt, normalizējot utt., un piemaisījumu elementi ir stingri jākontrolē, sākot no kausēšanas procesa vai pirms izejvielu nonākšanas rūpnīcā.
Nemetāliskos ieslēgumus pēc to sastāva un deformējamības iedala alumīnija oksīda (A tips), silikāta (C tips) un sfēriskā oksīda (D tips) ieslēgumos. To esamība pārtrauc metāla nepārtrauktību, un pēc lobīšanās veidojas bedres vai plaisas. Aukstās apstrādes laikā ir ļoti viegli veidoties plaisu avots, un termiskās apstrādes laikā ir ļoti viegli izraisīt sprieguma koncentrāciju, kā rezultātā rodas rūdīšanas plaisas. Tāpēc nemetāliskie ieslēgumi ir stingri jākontrolē. Pašreizējie tērauda standarti GB/T700-2006 "Oglekļa konstrukciju tērauds" un GB/T699-2016 "Augstas kvalitātes oglekļa konstrukciju tērauds" nenosaka skaidras prasības nemetāliskajiem ieslēgumiem. Svarīgām detaļām A, B un C rupjās un smalkās līnijas parasti nepārsniedz 1,5, un D un D rupjās un smalkās līnijas nepārsniedz 2.
Publicēšanas laiks: 2021. gada 21. oktobris
