Перлитные марки стали: Сталь перлитного класса – Энциклопедия по машиностроению XXL

alexxlab | 25.07.1998 | 0 | Разное

Содержание

Сталь перлитного класса – Энциклопедия по машиностроению XXL

Стали перлитного класса характеризуются относительно малым содержанием легирующих элементов, мартенситного — более значительным и, наконец, аустенитного — высоким содержанием легирующих элементов.  [c.361]

Для легированных сталей перлитного класса (как и для углеродистых) кривая скорости охлаждения на воздухе будет пересекать область перлитного распада и будут получаться структуры — перлит, сорбит, тростит.  [c.361]

В настоящем разделе предпринята попытка сформулировать деформационно-силовой критерий зарождения усталостного разрушения применительно к ОЦК металлам, в частности к сталям перлитного класса, основываясь на некоторых физико-меха-нических представлениях о накоплении повреждений при усталости [74, 79, 85, 126]. Разрабатываемый подход позволит ответить на некоторые открытые вопросы в проблеме малоцикловой усталости материалов, в частности, касающиеся влияния на долговечность максимальных напряжений и нестационарности нагружения.  

[c.136]


Стали перлитного класса содержат сравнительно небольшое количество легирующих элементов (не более 5—6%). После охлаждения на воздухе аустенит в этих сталях распадается при высоких температурах с образованием феррито-цементитной смеси (перлита, сорбита пли тростита). К этому классу принадлежит большинство конструкционных и инструментальных сталей.  [c.174]

Величина i(9) слабо зависит от содержания легирующих элементов в сталях перлитного класса, но возрастает с увеличением содержания углерода.  [c.476]

Для высокохромистых сталей ферритного класса значение п заметно выше, чем у сталей перлитного класса.  [c.476]

Для сталей перлитного класса, содержащих небольшое количество легирующих элементов, кривая скорости охлаждения на воздухе пересекает обе ветви С-кривых в области перлитного превращения (рис. 87, а). У сталей мартенситного класса, содержащих большее количество легирующих элементов, вследствие чего С-кривые сдвинуты вправо, а мартенситная точка — ближе к 0° С, кривая скорости охлаждения на воздухе не пересекает С-кривых (рис. 87, б) при температуре 20″ С структура стали будет состоять из мартенсита. При значительном содержании легирующих элементов и углерода в стали С-кривые значительно сдвинуты вправо (рис. 87, в), а мартенситная точка находится ниже 0° С. Таким образом, при охлаждении на воздухе сталь сохраняет аустенитную структуру при температуре 20° С (рис. 87, в).  

[c.120]

Эффективным направлением является использование в различных частях сварных конструкций разнородных материалов, наиболее полно отвечающих требованиям эксплуатации, применение двухслойного проката со специальными свойствами облицовочного слоя и других сочетаний. Примером может служить ротор газовой турбины. По ободу диск ротора подвергается действию высоких температур и относительно небольших усилий, а центральная часть работает в условиях невысоких температур и воздействия больших усилий Подобрать материал, одинаково хорошо работающий в этих условиях, очень трудно. Поэтому целесообразно изготовить сварной ротор центральную часть из высокопрочной стали перлитного класса, а обод диска из жаропрочной аустенитной (рис. 6.21).  

[c.171]

Для парогенераторов горизонтального типа в качестве материала корпуса широко использовалась известная углеродистая конструкционная сталь 22К, обладающая хорошими технологическими свойствами. Она хорошо поддается ковке, прокатке, штамповке, хорошо сваривается. Опыт эксплуатации парогенераторов показал и ее хорошие эксплуатационные качества. При повышении единичной мощности парогенератора использование этой стали связано с существенным утолщением стенок корпуса. Для снижения массогабаритных характеристик парогенератора может оказаться целесообразным применение более прочных низколегированных сталей перлитного класса.  [c.251]


Подогреватели ПНД и ПВД находятся под действием питательной воды котлов и отборного пара паровых турбин, который, конденсируясь, образует дренажи с различным содержанием Игольной кислоты – диоксида углерода. Содержание его в различных частях трубчатой системы ПНД и ПВД может достигать в зависимости от степени конденсации греющего пара нескольких миллиграмм на 1 кг сконденсированного пара. Особенно велика концентрация его в дренажах ПНД и ПВД при недостаточных отсосах неконденсирующихся газов (СО2 и О2) из паровых полостей этих видов оборудования. В этих случаях наблюдается интенсивная коррозия, особенно ПВД, трубчатая система которых изготовлена из стали перлитного класса. Температура среды в зависимости от параметра пара объекта может достигать 300 °С. При этих условиях протекает коррозия с водородной деполяризацией, которая сопровождается наводораживанием металла. Коррозия носит в основном равномерный характер с образованием трещин и появлением хрупких разрущений [12].  
[c.79]

Сталь перлитного класса  [c.311]

СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО КЛАССА  [c.174]

На рис. 88 показано, что с увеличением сопротивления срезу износостойкость различных сталей перлитного класса как в хрупкой, так и в вязкой области линейно возрастает.  [c.175]

Мартенситный класс. Стали этого класса по своим свойствам являются средними между низколегированными сталями перлитного класса и высоколегированными аустенитно-го. После термической обработки они обладают высокими механическими свойствами. Основной вид термической обработки, придающий оптимальные свойства,— закалка или нормализация с последующим высоким отпуском. Иногда используется смягчающая обработка, заключающаяся в отжиге. Режимы термической обработки сталей этого класса по ГОСТ 10500—63 и ГОСТ 5949—61 приведены в табл. 2.  [c.94]

TOB на разупрочнение стали связано с их распределением в феррите и карбидах. Известно, что изменение свойств феррита приводит к существенному изменению ползучести низколегированных сталей перлитного класса. В этих случаях молибден преимущественно входит в твердый раствор, значительно повышая энергию межатомных связей в решетке а — Fe. Легирование молибденом графитизированных сталей значительно задерживает разупрочнение феррита, и, кроме того, уже при незначительном содержании хрома и молибдена в сталях образуются сложные карбиды, которые, в свою очередь, снижают склонность сталей к ползучести.  

[c.113]

Так, для конструкционных углеродистых и легированных сталей перлитного класса, для которых НВ >. 160, зависимость условного предела текучести oi твердости описывается уравнением Оо,г = 0,367 НВ. Для стали с НВ [c.308]

В сталях перлитного класса ниедение молибдена н небольшом ьоличестие увеличивает температуру рекристаллизации феррита и тем самым повыи ает жаропрочность. Аналогично, но слабее, действует хром (см, рис. 344).  [c.465]

Стали перлитного класса являются сравнительно малолегироваиными сталями, которые при 0,12%С содержат 0,5 пли 1% Сг и 0,3 или 0.5% Но. Прп-  [c.465]

Стали перлитного класса содержат до 0,16% С и молибдена до 0,7%, который увеличивает температуру рекристаплизации феррита и тем са.мым повышает жаропрочность. Аналогично, но слабее действует хром. Присадка ванадия измельчает зерно, а также повышает жаропрочность Обычный режим термической обработки – закалка в масле или нормализация при температурах 950.. 1030 с и отпуск при 720. 750 С (Ас1 = 760 С). Предельная рабочая температура 550.. 580 С. Структура сталей после охлаждения на воздухе перлит и карбиды МзС. Область применения сталей приведена в табл 13.  [c.102]

По показателям степени окисления между сталями перлитного и аустенитного класса находится ферритно-мартенситная сталь 12Х11В2МФ (среднее значение и=0,55). Относительно высокое значение п для этой стали в сравнении со сталями перлитного класса также подтверждает большое влияние взаимодействия хрома и хлоридов на процесс коррозии.  

[c.140]


Исследование кинетики высокотемпературной коррозии сталей под влиянием летучей золы березовского угля Канско-Ачинского бассейна (табл. 4.6), как и под влиянием назаровского угля, проводилось с вырезанными из котельных труб плоскими шлифованными образцами. Образцы из стали 20 испытывались при температурах 450 и 500 °С, сталей перлитного класса 12ХШФ и 12Х2МФСР в интервале температур от 500 до 650 °С, а аустенитной стали 12Х18Н12Т — в промежутке 550—650 °С [134]. Максимальная продолжительность испытаний 4000 ч.  [c.158]

Кинетика высокотемпературной коррозии сталей под влиянием летучей золы лейпцигского бурового угля (табл. 4.6) исследовалась в показанной на рис. 3.6 лабораторной установке с вырезанными из котельных труб шлифованными плоскими образцами. Образцы из стали 20 испытывались в интервале температур 450—550 С, сталей перлитного класса 12ХШФ и 12Х2МФСР — в промежутке  

[c.160]

Сталь ЭИ572Л аустенитного класса способна выдерживать длительную работу в течение 8000—10 000 час. при температуре 600° и напряжении порядка 24— 25 кгс/мм . Сталь ЭИ415Л, относящаяся к жаропрочным сталям перлитного класса, рассчитана на длительную работу при температуре 525° С и напряжении 27— 28 кгс/мм .  [c.263]

Фактических данных по коррозионному растрескиванию титановых сплавов в кислотах очень мало. В отличие от нейтральных растворов растрескивание в кислотах, как правило, происходит при заметной и даже высокой интенсивности общей коррозии, поэтому прежде всего необходимо определить возможность использования титановых сплавов из соображений допустимой общей коррозии. Следует, однако, отметить, что даже при больмшй-хкорости коррозии титана не снижается опасность коррозионного растрескивания в отличие от поведения сталей перлитного класса. Имеющиеся данные о коррозионном растрескивании титановых сплавов в кислых растворах относятся главным образом к слабым растворам (и частично — к растворам средней концентрации) соляной и  

[c.48]

На трубопрокатных заводах ингибитор И-1-В почти полностью заменил ингибитор 4M. Однако и он мало эффективен при травлении труб котельных сталей марок 20,12Х1МФ, 15Х1М1Ф. Для травления этих сталей в настоящее время начинают применять ингибиторы С-5 и ХОСП-10, а для сталей перлитного класса — ингибитор КИ-1. Этот ингибитор эффективен также при травлении труб из углеродистых и низколегированных сталей. Предпочтение следует отдать травлению труб в растворах соляной кислоты. Однако переход на солянокислое травление задерживается из-за отсутствия установок для регенерации отработанных растворов и промывных вод, содержащих соляную кислоту, из-за необходимости замены старого травильного оборудования на новое, обеспечивающее интенсивное травление и выполнение санитарных норм травильных отделений. Для солянокислых сред уже испытаны ингибиторы И-1-В, катапин ВВП, ПКУ, БА-6.  

[c.71]

Движущей силой этого типа нестабильности является межфаз-ная поверхностная энергия, которая снижается по мере уменьшения величины межфаз ной поверхности. Сфероидизация в сталях перлитного класса — один из наиболее известных примеров такой нестабильности. Грэхем -и Крафт [12] рассмотрели факторы, влияющие на высокотемпературную стабильность эвтектических композитных материалов. Они указали на существование особого кристаллографического соответствия между фазами, которое не меняется при огрублении эвтектической структуры. Они установили также, что, хотя механизм роста фаз состоит в растворении одной из них и в повторном осаждении ее на имеющихся зернах, процесс лимитируется скоростью диффузии, а не скоростью растворения. Для анализа иопользовались уравнения Томсона — Фрейндлиха, определяющие концентрацию элемента у поверхности волокна известного радиуса кривизны.  [c.90]

Большинство исследований влияния ввда напряженного состояния на закономерности ползучести выполнены на чистых металлах (алюминий, медь, свинец и др.). Из материалов энергетического машиностроения наиболее часто в качестве объекта исследования использовалась сталь аустенитного класса Х18Н10Т, иногда стали перлитного класса.  [c.163]

Одним из эффективных способов использования ресурса жаропрочности сталей перлитного класса может явиться предварительное упрочнение металла труб методом механико-термической обработки (ММТО), основанной на создании стабильной полигональной структуры и упрочнении ферритной составляющей.  [c.248]

В различных отраслях машиностроения широко применяют аустенитную сталь 110Г13Л, однако ее износостойкость в условиях ударно-абразивного изнашивания практически не изучена. Механические свойства сталей перлитного и аустенитного класса при отпуске изменяются по-разному. С повышением температуры -отпуска прочностные характеристики (ов, Оо,2 HR ) сталей перлитного класса снижаются, а показатели пластичности (йн, б, i 3) —увеличиваются.  [c.167]

Действительно, влияние механических свойств на износостойкость стали перлитного класса в хрупкой и вязкой областях разрушения различно в вязкой области разрушения с увеличением предела прочности износостойкость стали Д7ХФНШ повышается, максимальная износостойкость проявляется на границе хрупко-вязкого перехода.  [c.168]

Испытания стали 110Г13Л показывают, что износостойкость ее также существенно зависит от относительных удлинения и сужения в отличие от сталей перлитного класса Д7ХФНШ при всех значениях энергии удара (5 и 10 Дж) с увеличением относительных удлинения  [c.168]

В Институте машиноведения нами проведены испытания стали ТС при температуре 550 С в условиях мягкого и жесткого нагружения без выдержек и с выдержками 1 и 5 мин, а также испытания на ползучесть и длительную пластичность. Как показывает обработка экспериментальных данных, и для этой стали использование критериального уравнения в форме (1.2.8), (1.2.9) дает вполне удовлетворительные результаты (рис. 1.2.5, точки 1). Подобные данные получены в работе [23] на аналогичной ТС стали перлитного класса 15Х1М1Ф при 565 С и длительностях выдержки 5 и 50 мин (рис. 1.2.5, точки 2).  [c.32]


Применяемая в настоящее время для изготовления глубиннонасосных штанг легированная сталь перлитного класса 20Н2М не отвечает требованиям нефтедобывающей промышленности (большое число обрывов колонн, приводящих к длительным остановкам скважин). Это связано с тем, что в стали при термообработке возникают закалочные напряжения и деформации (закалка в воде), причем, как правило, растягивающие поверхностные остаточные напряжения,/что существенно снижает коррозионно-усталостную стойкость штанг. Кроме того, значительное содержание никеля в стали повышает ее стоимость.  [c.249]

Кроме классов сталей, предусмотренных ГОСТ 5632—72, существуют еще средне- и сложнолегированные теплостойкие стали перлитного класса. В табл. 9 приведены механические свойства и режимы термической обработки сталей этого класса по ГОСТ 10500—63.  [c.108]

Экранные трубы и пароперегреватели изготовляют преимущественно из стали перлитного класса марки 12Х1МФ, легированной хромом, молибденом и ванадием. При изготовлении элементов котла, работающих при повышенных температурах (примерно 500 °С), применяют аустенитную сталь 08Х18Н12Т.  [c.178]


Steel for railway wheels in Europe – steel-guide.info

Loads in contact between wheel and rail

To materials, which work in the contact zone between the wheel and the rail, there are serious demands. In the contact zone between the wheel and the rail, the following processes occur:

  • clean rolling under permanent normal and side loads causes high shear stresses similar to a wheel, so in the rail
  • relative movements between the wheel and the rail create slippage in the contact zone, which leads to mechanical and thermal loading of materials.

As a result, various phenomena occur on the rolling surface of the wheels and the working surfaces of the rails., which lead to the formation of various defects in the wheel and rail:

  • adhesive wear
  • plastic deformation
  • rolling contact fatigue and
  • thermal fatigue.

European wheel steels

Pearlite steels

To counteract the above mechanisms of wheel and rail damage, steels have been and are being used in Europe, which have a predominantly pearlite structure. This structure contains solid cementite plates, which guarantee high wear resistance. At the same time, the pearlite microstructure, which is formed near the equilibrium point, provides higher resistance to metallurgical transformations when heated in service, than, eg, bainitic or martensitic structure.

Wheel Steel Standards

UIC standard 812-3 for solid wheels includes seven steel grades, which differ mainly in carbon content, heat treatment and, so, strength level, a European standard EN 13262 includes only four brands (table 1).

Table 1 – Requirements for wheel steels according to UIC standards 812-3 и IN 13262

As the R1 brand for freight car wheels is increasingly being replaced by the R7 brand, and R2 / R3 grades were rarely used in operational practice, then it means, what EN 13262 reflects the current state of the technology for the production of railway wheels from Europe.

R7 is the most commonly used steel grade. It applies to all wheels of freight cars and most passenger cars.. Since the wheels made of steel grade R7 are intended for use in wagons with block braking, along with the requirements for the usual mechanical properties, the requirements for fracture toughness must be met (KIC).

Fracture toughness

Experience has shown, what, if the carbon content exceeds 0,5 %, fracture toughness KIC majestic 80 MPa m1/2 can only be achieved then, when the steel has a small grain size (fine grain), high purity and high homogeneity of the microstructure along the entire perimeter of the wheel. This places heavy demands on the quality of the wheel..

Free ferrite

For this reason, these wheels are usually supplied with reduced carbon content. (< 0,5 %). This puts them on the lower strength limit., so besides pearlite in the working layer of the rim there is a large amount of hypoeutectoid ferrite.

Although this results in higher fracture toughness, wear resistance decreases accordingly. Based on the experience of German Railways 10 % free (hypoeutectoid) ferrite is favorable for minimizing wheel wear on the rolling surface.

Steel grade R8 is increasingly used for traction wheels of locomotives and motor cars.. The use of the R9 brand is limited to the niche of special cars for construction and mixed transport systems.

Conclusion

In this way, materials, which are used for solid wheels in Europe, mostly limited to unalloyed steels with maximum carbon content 0,56 % after appropriate heat treatment of the rolling surface (processing for dispersed perlite) strength from 820 to 980 MPa.

Source:

  1. Materials used for Wheels on Rolling Stock / K. Mädler, M. Bannasch – Deutsche Bahn AG, Technical Centre, Brandenburg-Kirchmöser, GERMANY

Стали перлитные – Справочник химика 21

    В данной главе рассматриваются низколегированные стали перлитного класса [c.320]

    Низколегированные термически упрочненные стали перлитного класса отличаются от горячекатаных или нормализованных более высокой ударной вязкостью, пределом текучести и пределом прочности. Термическое упрочнение можно осуществлять при специальном нагреве и с использованием нагрева для прокатки. [c.336]


    Подогреватели ПНД и ПВД находятся под действием питательной воды котлов и отборного пара паровых турбин, который, конденсируясь, образует дренажи с различным содержанием Игольной кислоты – диоксида углерода. Содержание его в различных частях трубчатой системы ПНД и ПВД может достигать в зависимости от степени конденсации греющего пара нескольких миллиграмм на 1 кг сконденсированного пара. Особенно велика концентрация его в дренажах ПНД и ПВД при недостаточных отсосах неконденсирующихся газов (СО2 и О2) из паровых полостей этих видов оборудования. В этих случаях наблюдается интенсивная коррозия, особенно ПВД, трубчатая система которых изготовлена из стали перлитного класса. Температура среды в зависимости от параметра пара объекта может достигать 300 °С. При этих условиях протекает коррозия с водородной деполяризацией, которая сопровождается наводораживанием металла. Коррозия носит в основном равномерный характер с образованием трещин и появлением хрупких разрушений [12]. [c.79]

    Углеродистые стали менее стойки против тепловой усталости, чем низколегированные стали перлитного класса. [c.43]

    В тех случаях, когда остаточные напряжения снижают прочность деталей, их стараются устранить путем термической обработки, применяя высокий отпуск углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса, а также нагрев до 1 050—1 100° С и последующее быстрое охлаждение сталей аустенитного класса. [c.44]

    Эта пленка создается при температуре около 570°С и в отсутствие кислорода. При температуре выше 570°С (на стали перлитного класса) образуется окалина [1]. [c.5]

    Увеличение концентрации кислорода выше 200 мкг/кг (предел, рекомендованный Р. Фрайером, см. табл. 7-1) снижает склонность стали перлитного класса к пассивации при температурах от 200 С и выше скорость коррозии возрастает [26, 27]. [c.133]

    Низко- и среднелегированные стали перлитного класса (ГОСТ 4543-71, ГОСТ 20072-74) [c.121]

    В качестве материалов для основных деталей промышленных несущих сосудов обычно используют высокопрочные низколегированные стали перлитного класса типа Сг—N1, Сг-N1—Мо, Сг—Мо—V, Сг—N1—Мо—V и некоторые другие. При выборе конкретных марок сталей должен учитываться целый ряд факторов, таких, как уровень рабочих температур и давления, состав технологической среды, условия эксплуатации, габариты автоклава, стоимость изготовления и другие. Кроме того, определенные ограничения на возможности выбора материалов накладывают общегосударственные и отраслевые нормативно-техниче-ские стандарты и правила. [c.213]


    Уравнение (8) рекомендуется для сталей перлитного класса. Метод /-интеграла. В этом случае для определения размеров критической сквозной трещины используют уравнение [c.28]

    На рис. 23 приведены зависимости допустимых значений [А,], от температуры для сталей перлитного класса и высокохромистых сталей и их сварных соединений с пределом текучести не выше 600 МПа [1]. [c.88]

    Для резьбовых участков шпилек, болтов из сталей перлитного класса при температуре от 293 до 623 К (от 20 до 350 °С) используют расчетные кривые усталости (см. рис. 15, 16) или формулы (7) и (8), полученные с учетом коэффициентов запаса п = 1,5 и лд,= 5. [c.45]

    Стали перлитного Вода, 40-160 °С 0,3 [c.63]

    При выполнении расчета по выбору основных размеров и проведении поверочного расчета для сталей перлитного класса коэффициент снижения определяют по формуле [c.23]

    Доп>скаемая амплитуда напряжений или допускаемое число циклов для сталей перлитною класса при значениях [Л о]= 10 и Л/о >0,7 определяется по формулам (5 20) или (5 25) и по формуле [c.81]

    Значение ф для ручной сварки стали аустенитного класса электродами марок ЭА-395/9 и ЭА-400/10У можно применять при расчете разнородного сварного соединения сталей перлитного класса со сталью аустенитного класса для слоя, наплавленного на сталь перлитного класса, с использованием расчетной кривой усталости стали аустенитного класса. [c.84]

    Рис 5 9 Расчетные кривые усталости для резьбовых участков шпилек и болтов из сталей перлитного класса с 650 Я различных значениях коэффициента асимметрии г [c.87]

    Для сталей перлитного класса и высокохромистых сталей и их сварных соединений с пределом текучести при температуре 20° С, устанавливаемым по указаниям п. Ъ.1 настоящих Норм и не превышающим 600 МПа (60 кгс/мм ), можно использовать обобщенные кривые допускаемых коэффициентов интенсивности напряжений, приведенные на рис. 5.17.. [c.98]

    При сварке труб пз хромомолибденовых сталей перлитного класса происходит закалка шва и околошовпой зоны, сопровождающаяся увеличением твердости до 400 единиц по Бринелю и хрупкости сварного соедипепия. В сварном соединении могут образовываться закалочные трещршы. Сварку стали 12Х5МА выполняют электродами ЦЛ-17 со стержнем из стали 12Х5М.Л. или электродами марок ЗИО-7 или ЦЛ-9 со стержнем из аустенитной хромоникелевой стали. [c.356]

    Углеродистые стали особенно склонны к водородному растрескиванию после термической обработки, приводящей к образованию мартенсита менее склонны стали перлитной структуры. Показано, что углеродистая сталь, прошедшая термообработку с образованием сфероидальных карбидов, менее склонна к растрес- [c.149]

    Литье подразделяют на слитки, предназначенные для дальнейшей обработки давлением, и отливки. Ультразвуковой контроль обнаруживает раковины, поры, инородные включения, заливины, неслитины, плены (см. кн. 1 данной серии). Отливки из сталей перлитного класса, прошедшие термообработку типа нормализации, а также из сплавов алюминия, титана имеют мелкозернистую структуру с достаточно малым рассеянием ультразвука. Отливки из сталей аустенитного класса имеют крупнозернистую структуру, измельчить которую термообработкой нельзя. Такой материал не удается контролировать ультразвуком. [c.202]

    Из числа жаропрочных широко применяют конструкционные стали тина 12МХ и А204 (см. табл. 23. 4 и 23. 3). Эти стали относятся к низколегированным сталям перлитного класса. [c.331]

    На трубопрокатных заводах ингибитор И-1-В почти полностью заменил ингибитор 4M. Однако и он мало эффективен при травлении труб котельных сталей марок 20,12Х1МФ, 15Х1М1Ф. Для травления этих сталей в настоящее время начинают применять ингибиторы С-5 и ХОСП-Ю, а для сталей перлитного класса — ингибитор КИ-1. Этот ингибитор эффективен также при травлении труб из углеродистых и низколегированных сталей. Предпочтение следует отдать травлению труб в растворах соляной кислоты. Однако переход на солянокислое травление задерживается из-за отсутствия установок для регенерации отработанных растворов и промывных вод, содержащих соляную кислоту, из-за необходимости замены старого травильного оборудования на новое, обеспечивающее интенсивное травление и выполнение санитарных норм травильных отделений. Для солянокислых сред уже испытаны ингибиторы И-1-В, катапин ВВП, ПКУ, БА-6. [c.71]

    Применяемая в настоящее время для изготовления глубиннонасосных штанг легированная сталь перлитного класса 20Н2М не отвечает требованиям нефтедобывающей промышленности (большое число обрывов колонн, приводящих к длительным остановкам скважин). Это связано с тем, что в стали при термообработке возникают закалочные напряжения и деформации (закалка в воде), причем, как правило, растягивающие поверхностные остаточные напряжения,/что существенно снижает коррозионно-усталостную стойкость штанг. Кроме того, значительное содержание никеля в стали повышает ее стоимость. [c.249]


    Изучение влияния температуры на растворимость водорода в стали проведено на сталях перлитного, мар-тенситно-ферритного и аустенитноГо классов, а также на никелевых сплавах (табл. 1 и рис. З). Полученные изо- [c.119]

    Самой высокой коррозионной устойчивостью в расплавленном свинце обладают тантал и ниобий. Железо, углеродистая сталь, хромистые и хромоникелевые стали имеют хорошую устойчивость до 500—600°С. При более высоких температурах она понижается, так как наблюдается растворение преимущественно по границам зерен. Стали перлитного типа устойчивы к действию свинца при температурах до 600°С. Хромистые нержавеющие стали ферритного и мартенсигного типов (1X13, Х17) обладают высокой коррозионной устойчивостью до 540°С. [c.90]

    Экранные трубы и пароперегреватели изготовляют преимущественно из стали перлитного класса марки 12Х1МФ, легированной хромом, молибденом и ванадием. При изготовлении элементов котла, работающих при повышенных температурах (примерно 500 °С), применяют аустенитную сталь 08Х18Н12Т. [c.178]

    Рекомендации по ультразвуковому контролю стыковых сварных швов сталей перлитного и ферритного класса. — В сб. БТИ Министерства энерге-тики электрофикации СССР Энергетика за рубежом , 1967. 15 с. [c.259]

    Молибден эффективно повышает прочность стали при высоких температурах и обычно применяется для легиров.ания жаропрочных сталей совместно с хромом. Жаростойкости молибден не П01вышает. В сталях перлитного класса молибден содернсится в количестве 0,20—0,60%. [c.32]

    Из относительно дешевых теплоустойчивых сталей перлитного класса применяют также сталь 15Х1М1Ф перспективна сталь 12Х2МФСР (с бором), которая по данным лабораторных испытаний жаропрочна при 610° С. Широкого промышленного применения эта сталь пока не получила. [c.39]

    Для крепежных деталей аппаратов с температурой теплоносителя до 580° С разработана сталь перлитного класса 20Х1М1Ф1ТР (ЭП182). [c.40]

    Одним из определяющих моментов в надежности водно-химического режима энергоблоков является эксплуатация трубок ПВД при температуре среды около или выше 200°С. Целесообразно проанализировать условия формирования защитных пленок на стали перлитного класса в указанных условиях. Как известно, наиболее хорошими защитными свойствами обладает пленка магнетита, являющегося примером окисла с так называемой шпинельной структурой кристаллической решетки, характеризующейся высокой сплошностью в магнетите на каждый ион двухвалентного железа приходятся два иона трехвалентного — РеОРедОз. Согласно реакции Шнкорра (7-4) при температуре выше 200°С в нейтральных средах через небольшой промежуток времени образуется компактный защитный слой магнетита  [c.133]

    По показателям степени п между сталями перлитного класса и аустенитной стали Х18Н12Т располагается ферритно-мертенситная сталь ЭИ-756 (среднее значение л=0,55). Относительно большое значение показателя степени у этой стали в сравнении со сталями перлитного класса также подтверждает большое значение взаимодействия хрома и хлоридов в процессе коррозии. [c.256]

    Коррозионная стойкость аустенитных сталей Х18Н12Т и 0Х18Н12Т до температуры 600—620°С (t—10 ч) выше, чем у сталей перлитного класса. Причиной этого являются меньшие величины члена А— —йоехр(—Е/ЯТ) у этих сталей по сравнению с перлитными сталями. [c.265]

    Для изготовления данного оборудования наиболее распространенными в отечественной н зарубежной практике являются стали перлитного класса углеродистые, марганцовистые, хромомолибдеиовые и хромомолибденована-диевые. Химический состав и механические свойства однотипных сталей различных поставок приведены в табл. П1,7 н П1,8, а данные по длительной прочности сталей, эксплуатируемых в системе парообразования при температурах выше 450°С, — в табл. П1,9. [c.295]

    Зависимости механических свойств наиболее распространенных сталей от емпературы представлены иа рис. III-7—III-9, а от структуры для стали 5ХМ — иа рис. III-10. Влияние температуры и структурного состояния на 1лительиую прочность жаропрочных сталей перлитного класса показано иа ис. III-11—III-14. При построении температурных-зависимостей использова-[ы данные работ [7—10]. [c.297]

    По структуре, полученной при охлаждении на воздухе из аустенитиого состояния, различают стали перлитного, мар-тенситного, аустенитиого, ферритного и ледебуритного классов. К перлитному классу относят углеродистые и малолегир. стали, к остальным-легированные. [c.134]

    Пружинные кольца изготовляют из закаленной стали, перлитного чугуна, кованой бронзы и устанавливают в стальном корпусе, термообрабатываемом до твердости НКС 40 – 45. Наружную втулку уплотнения выполняют из закаленной, цементированной или азотированной стали. Кольца сажают в канавки корпуса с осевым зазором 0,005 – 0,020 мм. Просвет а (рис. 42,1) между наружной поверхностью корпуса и отверстием втулки делают равным 0,5 – 1,0 мм. [c.60]


2.2. Стали | Материаловед

Для производства различных фасонных отливок в качестве конструкционного исходного материала, обладающего повышенными механическими свойствами, применяют стали конструкционные, инструментальные и с особыми физико–химическими свойствами (легированные).

Отливки из углеродистых, конструкционных сталей, имеющие высокие прочностные свойства, преимущественно получают из следующих марок: сталь 15 Л; 20 Л; 30 Л; 40 Л; 50 Л; 55 Л.

Конструкционные углеродистые стали

Конструкционные углеродистые стали применяют в литейном производстве для изготовления литых деталей, несущих главным образом механические нагрузки (статические, динамические, вибрационные и др.).

Широко применяемые в литейном производстве стали имеют следующий химический состав: 0,15-0,45% С, 0,5-1% Mn, 0,2-0,5% Si. Содержание серы и фосфора должно быть минимальным. Сталь по сравнению с чугуном обладает более высокими механическими свойствами и имеет большую величину усадки (около 2,5 %). Она имеет худшую жидкотекучесть и склонность к образованию внутренних напряжений и трещин. Большинство отливок из углеродистых сталей подвергают термической обработке, которую проводят для улучшения их микроструктуры, механических и эксплуатационных свойств.

Конструкционные углеродистые стали разделяют на стали обыкновенного качества, стали качественные и стали высококачественные. Стали обыкновенного качества содержат повышенное количество серы (до 0,05-0,06 %) и фосфора (до 0,04-0,07 %). В качественных сталях максимальное содержание вредных примесей составляет не более 0,04 %. Кроме того, качественные стали имеют более узкие пределы содержания углерода (0,07-0,08%), в пределах одной марки. В сталях же обыкновенного качества он находится в пределах от 0,09 до 0,11 %. Качественная сталь менее загрязнена неметаллическими включениями и имеет меньшее содержание растворимых газов. Поэтому при примерно одинаковом содержании углерода качественные стали имеют более высокую пластичность и вязкость.

По химическому составу стали подразделяют на углеродистые (низко- и среднеуглеродистые) и легированные, а по структуре — на феррито-перлитного и перлитного классов.

Отливки из низкоуглеродистой стали марок сталь 15 Л…25 Л применяют в электромеханической и машиностроительной промышленности. Их подвергают цементации и закалке. Изготовление фасонных отливок из низкоуглеродистых сталей связано с рядом трудностей: высокой температурой их плавления, пониженной жидкотекучестью и образованием в отливке горячих трещин.

Отливки из среднеуглеродистых сталей марок сталь 30 Л…45 Л применяют преимущественно в машиностроении при изготовлении фасонных деталей сложной формы. Такие отливки подвергают термической обработке, отжигу, нормализации и закалке с последующим отпуском. Среднеуглеродистые стали обладают хорошей жидкотекучестью, меньшей склонностью образования горячих трещин и имеют высокие механические свойства.

Следует отметить, что в связи с высокой температурой плавления и температурой разливки, низкой жидкотекучестью и трудностью заливки форм, стали обыкновенного качества в качестве литейного сплава для изготовления фасонных отливок применяются чрезвычайно редко. Поэтому основным материалом при производстве фасонных стальных отливок являются низко- и среднеуглеродистые стали в зависимости от требуемых механических свойств литых деталей.

Литейные марки качественных углеродистых сталей приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4. Марки углеродистых качественных конструкционных сталей, применяемые для изготовления литых заготовок

Марка сталиСодержание основных элементов, %
углеродамарганца
15 КП Л0,12-0,190,25-0,50
15 ПС Л0,12-0,190,35-0,65
20 КП Л0,17-0,240,25-0,50
20 ПС Л0,17-0,240,35-0,65
25 Л0,22-0,300,50-0,80
30 Л0,27-0,350,50-0,80
35 Л0,32-0,400,50-0,80
40 Л0,37-0,450,50-0,80
45 Л0,42-0,500,50-0,80
50 Л0,52-0,600,50-0,80
55 ПС Л0,55-0,63Не более 0,2
60 Л0,57-0,650,50-0,80

Примечания:

  1. В указанных марках содержится не более кремния (Si) – 0,17-0,37%; хрома (Cr) – 0,25%; серы (S) и фосфора (Р) не более 0,04% (каждого).
  2. В обозначении марок углеродистых качественных сталей цифры показывают среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Буква «Л» означает, что сталь литая, буквы «КП», «ПС» — степень раскисления стали; КП – кипящая; ПС – полуспокойная; маркировка без индекса — спокойная.

Среднеуглеродистые стали применяют в машиностроении предпочтительно для изготовления фасонных отливок сплошной формы. Отливки из сталей подвергают термической обработке: отжигу, нормализации и закалке с последующим отпуском.

Как правило, отливки, изготовленные из литейных сталей, обладают высоким временным сопротивлением (400-600 МПа), относительным удлинением (10-24%), ударной вязкостью и достаточной износостойкостью при ударных нагрузках. Основной элемент, определяющий механические свойства углеродистых литейных сталей – углерод.

Инструментальные углеродистые  стали применяются для изготовления литого инструмента (режущий, мерительный, штамповочный и т.п.). Марки инструментальных углеродистых сталей приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5. Стали инструментальные углеродистые

Марка сталиСодержание углерода, %Марка сталиСодержание углерода, %
У 70,65-0,73У 100,95-1,03
У 80,76-0,83У 111,06-1,13
У 8 Г0,81-0,89У 121,16-1,23
У 9 А0,86-0,93У 131,26-1,34

В обозначениях марок углеродистых инструментальных сталей цифры показывают среднее процентное содержание углерода в десятых долях процента. Буквы, стоящие за цифрами, указывают: Г – на повышенное содержание марганца в стали; А – на принадлежность стали к группе высококачественных сталей, в которых содержится наименьшее количество вредных примесей (фосфора и серы соответственно не боле 0,018% и 0,025% каждого).

Легированные стали

Механические свойства легированных литейных сталей определяются количеством легирующих элементов. Легирование значительно повышает механические и эксплуатационные свойства (жаропрочность, коррозионную стойкость, износостойкость и т.д.). Например, марганец повышает износостойкость, хром – жаростойкость. Никель – коррозионную стойкость и т.д.

Легированные стали используют в энергомашиностроении, химической и нефтяной промышленности и металлургии и других областях. Из них изготовляют методом литья турбинные лопатки, клапаны гидропрессов, зубья ковшей экскаваторов и другие отливки.

Легирующие элементы обозначают русскими буквами:

А – азот;К – кобальт;Т – титан;
Б – ниобий;М – молибден;Ф – ванадий;
В – вольфрам;Н – никель;Х – хром;
Г – марганец;П – фосфор;Ю – алюминий;
Д – медь;Р – бор;Ц – цирконий;
Е – селен;С – кремний;Ч – редкоземельные металлы.

Марки легированных сталей обозначают буквами и цифрами. Буквы обозначают присутствие в стали определенного легирующего элемента, цифры, стоящие за буквами, показывают содержание легирующих элементов в процентах. Если содержание элементов не превышает 1,5%, то цифра легирующего элемента не ставится. Содержание углерода в сталях указывается в начале марки легированной стали. Для конструкционных сталей первые цифры показывают среднее содержание углерода в сотых долях процента, для инструментальных (высокоуглеродистых) – в десятых долях процента. Буква «Л», стоящая в конце марки, указывает на то, что эта сталь литая. Пример записи и расшифровки одной из марок легированных жаропрочных сталей: 18Н12МЗТ Л, где Л – сталь литая, 0,18% углерода, 12% никеля, 3% молибдена, до 1,5% титана.

Наиболее высокими физико-механическим свойствами обладают отливки, изготовленные из высоколегированных сталей.

Стали высоколегированные со специальными свойствами подразделяются на следующие группы:

1) коррозионно-стойкие (нержавеющие), обладающие стойкостью против атмосферной коррозии: 25Х18 Л; 20Х13 Л; 10Х17 Н3С Л и др.;

2) кислотоупорные, обладающие сопротивляемостью агрессивным средам (кислотам): 15Х18 Н9Т Л; 5Х18Н11В Л и др.;

3) окалиностойкие (жаростойкие), обладающие стойкостью против окалинообразования (окисления при высоких температурах): 15Х9ЧС2 Л; 25Х23Н7С Л и др.;

4) жаропрочные, сохраняющие достаточно высокую прочность при высоких температурах: 15Х22 Н15 Л; 30×24Н12С Л; 15Х25Н19С2 Л и др.;

5) износостойкие с высокой сопротивляемостью износу при абразивном и ударном воздействиях в разных условиях: 110Г13Л; 15Х34 Л и др.

Легированные стали обладают плохими литейными свойствами и резко повышают себестоимость изготовления литой детали. Поэтому они рекомендуются к применению в исключительных случаях, когда невозможно применение конструкционных качественных углеродистых сталей.

Дополнительное старение как способ повышения хладостойкости сталей перлитного класса Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

DOI 10.5862/JEST.254.22 УДК 669.1.017:621.78:620.18

В.И. Горынин, М.И. Оленин

дополнительное старение как способ повышения хладостойкости сталей перлитного класса

V.I. Gorynin, M.I. Olenin

additional aging as a means for increasing

the cold resistance of pearlitic steels

Проведено комплексное исследование температурно-временных параметров и структурных изменений при старении термоулучшенной крепежной стали перлитного класса марки 25Х1МФ. Установлено, что старение при температуре 450 °C после термического улучшения приводит к уменьшению параметра решетки феррита. Это обеспечивает снижение содержания углерода в ферритной матрице за счет выделения избыточного углерода в виде цементита и последующей коагуляции карбидных частиц.Показано, что старение при температуре 450 °C с выдержкой 5 час позволяет повысить хладостойкость исследуемой стали более чем в 2,5 раза. Критическая температура хрупкости стали 25Х1МФ снижается от минус 15-17 °C до минус 4345 °C, а ударная вязкость при температуре минус 20 °C повышается в 2,5-3 раза. Полученные экспериментальные результаты позволяют обосновать целесообразность проведения дополнительного старения для сталей исследованного класса.

СТАЛЬ; МИКРОСТРУКТУРА; МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА; ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА; ХЛАДОСТОЙКОСТЬ.

A comprehensive study of temperature-time parameters and structural changes during aging of pearlitic class steel 25Kh2MF was carried out. It was found that aging at a temperature of 450 °C after heat improvement leads to a decrease of the lattice parameter of ferrite. This provides a reduction in carbon content in the ferritic matrix due to the allocation of excess carbon in the form of cementite and subsequent coagulation of carbide particles. It is shown that aging at a temperature of 450 °C with exposure for 5 hours allows to increase the cold resistance of the investigated steel by more than 2.5 times. The critical brittleness temperature of the 25Kh2MF steel decreased from -15…-17 to -43… -45 °C, while impact strength increased by 2.5-3 times at a temperature of -20 °C.

STEEL; MICROSTRUCTURE; MECHANICAL PROPERTIES; HEAT TREATMENT; COLD RESISTANCE.

Введение

Развитие общего машиностроения неразрывно связано с использованием элементов оборудования из хладостойких сталей и сплавов. Известно, что при низких температурах количество поломок оборудования возрастает более чем в два раза [1]. Поэтому актуальна задача повышения хладостойкости конструкционных материалов для нагруженных крепежных деталей. Необходим новый подход к повышению хладо-

стойкости сталей, в том числе используемых для крепежных резьбовых соединений, как, например, перлитная сталь марки 25Х1МФ (ЭИ 10).

Известно, что для получения оптимальных прочностных и вязкопластических свойств конструкционные стали перлитного класса подвергают термическому улучшению — закалке и высокому отпуску. Однако, если эти стали имеют достаточно высокие прочностные и удовлетворительные пластические свойства, они могут

обладать пониженной хладостойкостью. Считается, что основная причина снижения хладо-стойкости сталей связана с их структурой [2—6], а именно — с наличием в структуре стали феррита, имеющего ОЦК-решетку. Известно,что металлы и сплавы с ОЦК- и ГПУ-решетками хладноломки [7], в то время как металлы и сплавы с ГЦК-решеткой — хладостойки.

Можно было бы предположить, что хладноломкость феррита, имеющего ОЦК-решетку, связана с малым количеством плоскостей спайности (скольжения), затрудняющих перемещение дислокаций. Однако в [8] показано, что в ОЦК-решетке скольжение осуществляется по плоскостям {110} и {112}, количество которых значительно больше, чем в ГЦК-решетке. Следовательно, точка зрения, объясняющая возможность снижения хладостойкости стали наличием ОЦК-решетки в матрице, содержащей феррит, не правомерна.

В [7] исследовали хладостойкость монокристалла особочистого железа зонной плавки. Было показано, что металл хладостоек до минус 269 °С. В [9] исследовали хладостойкость стали, содержащей 0,005 % углерода. Установлено, что ударные образцы, испытанные при температуре минус 100 °С при изгибе только деформировались, не разрушаясь. Таким образом, можно считать, что не-пересыщенный по углероду феррит хладостоек.

Охрупчивание перлитных сталей можно связать с тем, что, наряду с ферритом, в структуре стали присутствуют карбиды, в частности третичный цементит. Так, например, введение в сталь всего лишь 0,03 % углерода приводит к снижению хладостойкости стали [7]. Однако необходимо учитывать, что сталь без карбидов не обладает достаточной прочностью и, следовательно, не имеет широкого применения.

В связи с этим с целью повышения хла-достойкости стали, содержащей достаточное количество углерода, необходимо обеспечить управление процессом карбидообразования, добиваясь коагуляции карбидной фазы.

В [10] показано,что проведение закалки стали от температур ниже точки Ас1(400—700 °С) после термического улучшения приводит к повышению твердости на 20—30 %. Авторы [10] связывают возрастание твердости с растворе-нием в феррите третичного цементита. Увеличение

твердости стали, несомненно, приводит к снижению ее хладостойкости.

Следовательно, охрупчивание сталей перлитного класса может быть также связано с пересыщением ферритной матрицы по углероду.

Предложенная нами технология термической обработки феррито-перлитной стали типа 09Г2С [11] за счет проведения после термического улучшения дополнительной термической обработки старения при температуре 450 °С с охлаждением на воздухе позволила сместить критическую температуру хрупкости (КТХ) Тко на 20—30 °С в область более низких температур [11]. Особенность такой дополнительной термической обработки — в том, что во время старения при температуре 450 °С с выдержкой 3—10 ч протекают два процесса: выделение из ферритной матрицы углерода и коагуляция выделившихся карбидов цементитного типа.

Цель работы — исследовать влияние на хла-достойкость высокопрочной крепежной стали 25Х1МФ дополнительной термической обработки — старения после термического улучшения.

Методика и материалы исследования

Для исследования влияния температурно-временных параметров дополнительного старения на хладостойкость сталей перлитного класса использовали кольцевые поковки из крепежной стали марки 25Х1МФ производства ЗАО ВМЗ «Красный Октябрь» 0=130*30* 120 мм (заготовки для гаек) и круглые поковки 0100 мм (заготовки для шпилек). Химический состав стали следующий (в масс. %):

С……………………………………………………….0,24

Si………………………………………………………0,24

Мп…………………………………………………….0,54

S………………………………………………………0,011

Р………………………………………………………0,010

Сг………………………………………………………1,66

N……………………………………………………..0,26

V………………………………………………………..0,19

Мо………………………………………………………0,3

Fe………………………………………………………ост.

Металлографические исследования проводили путем изготовления и травления микрошлифов, полученных из образцов после испытаний на ударный изгиб, с использованием

комплексной лаборатории пробоподготовки фирмы ATM. Для выявления микроструктуры применялось химическое травление шлифов в течение 2—3 сек. спиртовым раствором азотной кислоты: HNO3 – 4 мл, С2Н5ОН – 96 мл. Для металлографических исследований применяли световой металлографический микроскоп «UNIMET SERIESMR», оснащенный цифровой камерой EPSON 3100Z.

Качественный анализ структурно-фазового состояния исследуемых сталей состоял в выявлении методами оптической металлографии, оценке и классификации основных структурных составляющих и их характерных элементов.

Количественный анализ структурно-фазового состояния исследуемых сталей включал в себя следующее:

оценку относительной доли основных структурных составляющих;

определение размеров характерных структурных элементов.

При количественной аттестации структурно-фазового состояния использовали металлографический комплекс, оснащенный программой «Image Expert Professional 3.0», которая служила графическим анализатором двухмерных изображений металлографических структур.

Рентгеноструктурный качественный фазовый анализ проводили на дифрактометре Rigaku

ULTIMA IV с обрабатывающим комплексом PDXL.

Ударную вязкость определяли на образцах 11 типа по ГОСТ 9454-78 при температурах от минус 50 до плюс 20 °С. Оценка механических свойств стали при статических испытаниях на растяжение выполнялась на пятикратных стандартных образцах по ГОСТ 1497-84 [12].

Результаты экспериментальных исследований

Традиционные режимы закалки и отпуска не позволяют в полной мере обеспечить максимально высокие значения хла-достойкости сталей перлитного класса. Повышение хладостойкости стали может быть достигнуто за счет оптимизации ее структуры.

Согласно термокинетической диаграмме (рис. 1) в процессе распада аустенита от температур 900—880 оС с учетом унифицированных кривых охлаждения центра в масле материал при охлаждении после закалки в масле мог приобрести мартенситную или бейнитную структуру в зависимости от диаметра. В частности, в центре заготовок диаметром 30 и 100 мм после закалки могла образоваться бейнит-ная структура (см. рис. 1). Как будет показано далее, металлографические исследования подтвердили данное предположение (рис. 2).

Температура, оС

700 БОО

Толщина стенки 30 мм

Диаметр 100 мм

Время, сек

Рис. 1. Термокинетическая диаграмма стали марки 25Х1МФ

Рис. 2. Микроструктура центра заготовки 0x30 мм из стали марки 25Х1МФ (о0 2 = 1030 хПа) после закалки и высокого отпуска (х 1000)

Режим окончательной термической обработки поковок включал закалку в масле от температуры 880—890 °С и отпуска при температуре 615—635 °С вместо 640 °С. Снижение температуры отпуска привело к возрастанию прочностных свойств. Так, предел текучести материала увеличился с 667 до 1030 МПа. После закалки и высокого отпуска сталь 25Х1МФ приобрела сорбитообразную структуру (см. рис. 2). При этом значение ударной вязкости КСУ-20 составило 57 Дж/см2.

Дальнейшие исследования были направлены на разработку режима, обеспечивающего вы-

Механические свойства: ов, кгс/мм2; от, кгс/мм2; б,%

деление из ферритной матрицы углерода и коагуляцию выделившегося из феррита цементита.

Для этого после термического улучшения была проведена дополнительная обработка — старение стали при температуре 450 °С с выдержкой 3, 5 и 10 ч — и исследовано влияние режимов данной термической обработки на механические свойства, ударную вязкость и вязкую составляющую в изломе.

Результаты испытания образцов, вырезанных из заготовок под гайки (0=130 х30х 120 мм), представлены на рис. 3, 4. Как видно из рис. 3, 4, старение не оказывает существенного влияния на прочностные (ов, от) и пластические (б, ф) свойства стали и резко повышает значения ударной вязкости.

Как видно из рис. 4,а критическая температура хрупкости сместилась с минус 17 °С до минус 42 °С. Аналогично ударной вязкости изменилась и вязкая составляющая в изломе (рис. 4,5). Так, после термического улучшения 50 % вязкая составляющая соответствует минус 6 °С, а после дополнительного старения — минус 34 °С.

Таким образом, с учетом вязкой составляющей сдвиг Тк0 в область более низких температур составил 25 °С. Из этих результатов следует, что данный режим термической обработки позволяет повысить КСУ-20 с 60 до 120 Дж/см2, то есть в два раза повысить хладостойкость стали даже при превышении максимально допустимого предела текучести (813 МПа по ГОСТ 23304-78) более чем на 25 %.

; Ф, %

100 30 60 40 20

II ¿1 —Щ

—1 1—

ф — —

6

^к—

Длительность дополнительного

и ¿. н и о 0

отпуска при температуре 450 С, час

Рис. 3. Влияние дополнительного старения при температуре 450 °С на механические свойства стали марки 25Х1МФ (основная термическая обработка на КП90 — закалка 890 °С, масло + отпуск 625 °С, воздух)

а)

Ударная вязкость КСУ, Дж/см”

-е—

б)

-60 -50 -40 -зо -20 10 о ю го Температура испытаний, оС

Вязкая составляющая в изломе, %

—в—

-60

-50

-40

-30

-20

-10

Температура испытаний, оС

Рис. 4. Влияние старения ( — без термообработки; ~— 3 ч; —5 ч; -— 10 ч) при температуре 450 °С на ударную вязкость (а) и вязкую составляющую (б) стали марки 25Х1МФ (основная термическая обработка — закалка 890 °С, масло + отпуск 625 °С, воздух)

О степени обеднения ферритной матрицы по углероду в процессе старения можно судить и по изменению параметров кристаллической решетки феррита. Известно, что за счет обеднения матричного твердого раствора параметр решетки уменьшается [13, 14].

Как видно на рис. 5, сначала параметр решетки стали 25Х1МФ возрастает, а затем (выдержка 5 ч) — снижается. Увеличение параметра решетки при старении свыше 5 часов, по-видимому, можно связать с процессом пред-выделения тугоплавких карбидов ванадия и молибдена.

На основании проведенного эксперимента можно утверждать, что старение при температуре 450 оС приводит к обеднению ферритной

фазы по углероду, что позволяет создать более стабильную структуру ферритной матрицы.

Далее в работе изучали закономерность процесса коагуляции карбидных фаз. Исследовали влияние длительности старения на размер и плотность выделившихся карбидов (рис. 6).

Установлено, что выделение карбидной массы в зависимости от длительности старения не однозначно. Первоначально плотность выделения карбидных фаз размером до 1 мкм возрастает (длительность 3 ч). В дальнейшем увеличение длительности старения приводит к снижению плотности выделений карбидов, а затем — к повторному их возрастанию. При этом минимальное количество карбидов размером до 1 мкм соответствует выдержке 5 ч.

Параметр кристаллической решетки, А

2,872

2,87

2,868

2,866

Длительность старения при О 2 4 б 8 л

температуре 450 оС, час

Рис. 5. Влияние длительности старения при температуре 450 °С на параметр кристаллической решетки

Доля случаев, %

30 25

20

15

10

5

0

О

8

Ю Размер карбидов, мкм

Рис. 6. Влияние длительности старения (—— 0;—■— 5; —*–10; -— 3 час) на изменение размеров

и плотности карбидной фазы в стали марки 25Х1МФ (основная термическая обработка на КП90 — закалка

890 оС, масло + отпуск 625 оС, воздух)

Полученные результаты указывают на то, что дополнительная термическая обработка — старение при температуре 450 оС с выдержкой 5 ч —приводит к коагуляции карбидной фазы. Повышение длительности старения свыше 5 ч, по-видимому, приводит к выделению тугоплавких карбидов ванадия и молибдена, на что указывает повторное увеличение количества карбидов размером менее одного микрона.

Аналогичное явление было обнаружено и для феррито-перлитной стали типа 09Г2С, когда с увеличением длительности старения (свыше 3 ч)

отмечался процесс коагуляции карбидных фаз. Таким образом, можно считать, что явление коагуляции карбидных фаз, вызванное выделением карбидов из пересыщенного феррита в результате старения при температуре 450 °С, присуще не только стали 25Х1МФ, но и другим сталям перлитного класса.

Наряду с исследованием влияния старения на хладостойкость тонкостенных кольцевых поковок из стали 25Х1МФ толщиной 30 мм (заготовки для гаек), были проведены исследования по влиянию старения на металл более

крупных поковок 0100 мм (заготовки для шпилек), термообработанных на КП70 (О02 ^ 667 МПа). С учетом наиболее высоких значений по хладостойкости стали после старения при температуре 450 °С с выдержкой 5 ч, полученных на кольцевых поковках толщиной 30 мм, был проведен аналогичный режим старения на поковках 0100 мм.

Результаты исследования влияния старения на хладостойкость стали 25Х1МФ, представлены на рис. 7—10. Видно, что старение позволило на поковках 0100 мм, как и в случае кольцевых поковок толщиной 30 мм, повысить хладостой-кость стали 25Х1МФ. Так, если Тк0 для поковок 0100 мм в исходном состоянии с учетом вязкой составляющей составила минус 15 °С, то после старения она составила минус 45 °С. При этом КТХ, вязкая составляющая, характеризующая

а)

вязко-хрупкое состояние стали по виду излома (В = 50 %), также сместилась с минус 8 до минус 25 °С.

Как видно из рис. 8,а, КТХ по КСУ сместилась с минус 15 до минус 45 °С. Аналогично изменилась и вязкая составляющая в изломе (рис. 8,б).

Так, после термического улучшения 0 % вязкая составляющая соответствует минус 6 оС, а после старения — минус 34 оС.

Таким образом, с учетом вязкой составляющей сдвиг Тк0 в область более низких температур составил ~30 °С. Следовательно, данный режим позволяет повысить КСУ-20 с 40 до 140 Дж/см2, то есть в три раза повысить хладостойкость крепежной стали, имеющей предел текучести 800 МПа.

Можно считать, что выполненное после термического улучшения дополнительное старение

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 Т, оС

б)

-70

-60

-50

-40

-30

-20

-10

10 Т, оС

Рис. 7. Изменение ударной вязкости (а) и вязкой составляющей (б) металла поковок

диаметром 100 мм из стали 25Х1МФ в зависимости от температуры испытаний (основная термическая обработка — закалка 890 °С, масло + отпуск 640 °С, воздух)

а)

КСУ, Дж/см2

Й__

и

у

59 Дж /с м2 д_

я и

Тк = -45 °С

э

о N с п_

1 к— * 3 У

9—

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10

10

Т, оС

б)

0 –

й 0 –

& –

л у 1: и –

} = 5 0 % гв—

-1 ■И—

> – 0^= 0 –

-н—

\ 44— 1

-70 -60 -50 -40 -30 -20 -10 0

Т, оС

Рис. 8. Влияние старения при температуре 450 °С длительностью 5 ч на ударную вязкость (а) и вязкую составляющую (б) стали марки 25Х1МФ (основная термическая обработка — закалка 890 °С,

масло + отпуск 640 °С, воздух)

при температуре 450 °С позволяет понизить температуру Тк0 с минус 15—17 °С до минус 43—45 °С и повысить в 2,5—3,0 раза ударную вязкость стали при температуре минус 20 °С, обеспечив высокую хладостойкость крепежной стали мари 25Х1МФ.

Выводы

Показано, что старение сталей перлитного класса при температуре 450 °С после термического улучшения приводит к уменьшению параметра решетки феррита, обеспечивая снижение содержание углерода в ферритной матрице за счет выделения избыточного углерода в виде

цементита и последующей коагуляции карбидных частиц.

Установлено, что старение при температуре 450 °С позволяет сместить критическую температуру хрупкости Тк0 с минус 15—17 °С до минус 43—45 °С и повысить в 2,5—3 раза ударную вязкость стали марки 25Х1МФ при температуре минус 20 °С, обеспечив ее высокую хладостойкость.

Показано, что наличие большого количества плоскостей скольжения в ОЦК-решетке способствует повышению хладостойкости сталей с обедненной по углероду ферритной матрицей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ларионов В.П. Сварка и проблемы вязко-хрупкого перехода. Новосибирск: Изд-во РАН, 1998. 593 с.

2. Горынин В.И., Кондратьев С.Ю., Оленин М.И.

Повышение сопротивляемости разрушению сталей перлитного класса за счет микро- и наноструктур-ной трансформации карбидной фазы при дополнительном отпуске // Заготовительные производства в машиностроении. 2013. № 2. С. 42-48.

3. Фукс М.Д., Зеленин Ю.В., Кондратьев С.Ю. Исследование качества металла толстостенных труб из коррозионно-стойких сталей // Заготовительные производства в машиностроении. 2012. № 2. С. 36-38.

4. Горынин В.И., Кондратьев С.Ю., Оленин М.И. Повышение сопротивляемости хрупкому разрушению перлитных и мартенситных сталей при термическом воздействии на морфологию карбидной фазы // Металловедение и термическая обработка металлов. 2013. № 10 (700). С. 22-29.

5. Горынин В.И., Кондратьев С.Ю., Оленин М.И., Рогожкин В.В. Концепция карбидного конструирования сталей повышенной хладостойкости // Металловедение и термическая обработка металлов. 2014. № 10 (712). С. 32-38.

6. Хайдоров А.Д., Кондратьев С.Ю. Формирование структуры стальных отливок, полученных методом литья по газифицируемым моделям, при последующей термической обработке // Заготовительные производства в машиностроении. 2014. № 12. С. 3-9.

7. Солнцев Ю.П., Титова Т.И. Стали для Севера и Сибири. СПб.: Химиздат, 2002. 352 с.

8. Разрушение. Т. 6 Разрушение металлов / Пер. с англ. под ред. М.Л. Бернштейна. М.: Металлургия, 1976. 496 с.

9. Новиков И.И., Розин К.М. Кристаллография и дефекты кристаллической решетки. М.: Металлургия, 1990. 336 с.

10. Солнцев Ю.П., Ермаков Б.С. Ресурс материалов из низкотемпературных конструкций. СПб.: Химиз-дат, 2006. 236 с.

11. Металловедение и термическая обработка стали и чугуна / Под ред. Гудцова Н.Т., Бернштейна М.Л. и Рахштадта А.Г. М.: Государственное научно-техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1956. 1204 с.

12. Кондратьев С.Ю. Механические свойства металлов: учебное пособие / М-во образования и науки Российской Федерации, Санкт-Петербургский гос. политехнический ун-т. СПб, 2011. 128 с.

13. Патент № 2427653. Способ производства листового проката из низкоуглеродистых феррито-перлитных сталей / Оленин М.И., Бережко Б.И., Быковский А.И., Стольный В.И., Михайлов-Смоль-няков М.С. // Опубликовано 27.10.2010 г. Бюл. № 30.

14. Перкас М.Д., Кардонский В.М. Высокопрочностные мартенситно-стареющие стали. М.: Металлургия, 1970. 224 с.

REFERENCES

1. Larionov V.P. Svarka i problemy vyazko-khrupkogo perekhoda. Novosibirsk: Izd-vo RAN, 1998. 593 s.

2. Gorynin V.I., Kondratyev S.Yu., Olenin M.I. Povysheniye soprotivlyayemosti razrusheniyu staley perlitnogo klassa za schet mikro- i nanostrukturnoy transformatsii karbidnoy fazy pri dopolnitelnom otpuske. Zagotovitelnyye proizvodstva v mashinostroyenii. 2013. № 2. S. 42-48. (rus.)

3. Fuks M.D., Zelenin Yu.V., Kondratyev S.Yu. Issledovaniye kachestva metalla tolstostennykh trub iz korrozionno-stoykikh staley. Zagotovitelnyye proizvodstva v mashinostroyenii. 2012. № 2. S. 36-38. (rus.)

4. Gorynin V.I., Kondratyev S.Yu., Olenin M.I. Povysheniye soprotivlyayemosti khrupkomu razrusheniyu perlitnykh i martensitnykh staley pri termicheskom vozdeystvii na morfologiyu karbidnoy fazy. Metallovedeniye i termicheskaya obrabotka metallov. 2013. № 10 (700). S. 22-29. (rus.)

5. Gorynin V.I., Kondratyev S.Yu., Olenin M.I., Rogozhkin V.V. Kontseptsiya karbidnogo konstruirovaniya staley povyshennoy khladostoykosti. Metallovedeniye i termicheskaya obrabotka metallov. 2014. № 10 (712). S. 32-38. (rus.)

6. Khaydorov A.D., Kondratyev S.Yu. Formirovaniye struktury stalnykh otlivok, poluchennykh metodom litya po gazifitsiruyemym modelyam, pri posleduyushchey termicheskoy obrabotke. Zagotovitelnyye proizvodstva v mashinostroyenii. 2014. № 12. S. 3—9. (rus.)

7. Solntsev Yu.P., Titova T.I. Stali dlya Severa i Sibiri. SPb.: KHimizdat, 2002. 352 s.

8. Razrusheniye. T. 6 Razrusheniye metallov / Per. s angl. pod red. M.L. Bernshteyna. M.: Metallurgiya, 1976. 496 s. (rus.)

9. Novikov I.I., Rozin K.M. Kristallografiya i defekty kristallicheskoy reshetki. — M.: Metallurgiya, 1990. 336 s. (rus.)

10. Solntsev Yu.P., Yermakov B.S. Resurs materialov iz nizkotemperaturnykh konstruktsiy. SPb.: KHimizdat, 2006. 236 s. (rus.)

11. Metallovedeniye i termicheskaya obrabotka stali i chuguna / Pod red. Gudtsova N.T., Bernshteyna M.L. i Rakhshtadta A.G. M.: Gosudarstvennoye nauchno-tekhnicheskoye izdatelstvo literatury po chernoy i tsvetnoy metallurgii, 1956. 1204 s. (rus.)

12. Kondratyev S.Yu. Mekhanicheskiye svoystva metallov: uchebnoye posobiye / M-vo obrazovaniya i nauki Rossiyskoy Federatsii, Sankt-Peterburgskiy gos. politekhnicheskiy un-t. SPb, 2011. 128 s. (rus.)

13. Patent № 2427653. Sposob proizvodstva listovogo prokata iz nizkouglerodistykh ferrito-perlitnykh staley

/ Olenin M.I., Berezhko B.I., Bykovskiy A.I., Stolnyy V.I., Mikhaylov-Smolnyakov M.S. // Opublikovano 27.10.2010g., Byul. № 30.

14. Perkas M.D., Kardonskiy V.M. Vysokoprochnostnyye martensitno-stareyushchiye stali. M.: Metallurgiya, 1970. 224 s. (rus.)

СВЕДЕНИЯ ОБ ДВТОРДХ/AUTHORS

ГОРЬШИН Владимир Игоревич — доктор технических наук профессор начальник лаборатории Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей». 191015, Санкт-Петербург, ул. Шпалерная, 49. E-mail: [email protected]

GORYNIN Vladimir I. — Central Research Institute of Structural Materials “Prometey”. 49 Shpalernaya Str., St. Petersburg, Russia; 191015. E-mail: [email protected]

ОЛЕНИН Михаил Иванович — кандидат технических наук доцент старший научный сотрудник Центрального научно-исследовательского института конструкционных материалов «Прометей». 191015, Санкт-Петербург, Шпалерная ул., 49. E-mail: [email protected]

OLENIN Mikhail I. – Central Research Institute of Structural Materials “Prometey”. 49, Shpalernaya Str., St. Petersburg, Russia, 191015. E-mail: [email protected]

© Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого, 2016

Класс стали — Какие марки стали относятся к сталям перлитного класса — 3 ответа



Перлитная сталь что это такое

Автор Ёветлана Посохова задал вопрос в разделе Образование

Какие марки стали относятся к сталям перлитного класса и получил лучший ответ

Ответ от Анна[гуру]
Стали перлитного класса
Среди низколегированных сталей высокой жаропрочностью отличаются молибденосодержащие стали, например, хромомолибденовые, хромомолибденованадиевые, хромомолибденовольфрамованадиевые, имеющие достаточно высокие сопротивление ползучести и длительную прочность при температурах до 565–580 °С. Такие стали условно называют теплоустойчивыми.
Химический состав теплоустойчивых сталей перлитного класса приведен в ГОСТ 20072–74, ГОСТ 4543–71, ТУ 14-1-1391–75. Они содержат 0,5–3,3 % Cr; 0,25–1,2 % Мо; 0,15–0,8 % V. Некоторые марки содержат 0,3–0,8 % W либо Nb.
Эти стали применяют для изготовления различных деталей в котлостроении, работающих длительное время (10 000–100 000 ч) при температурах 500–580 °С, в частности, для паропроводных и пароперегревательных труб, а также для проката и поковок, используемых в турбинах и паровых котлах высокого давления.
Механические свойства сортового металла из перлитных сталей, предусмотренные ГОСТ или существующими ТУ, а также рекомендуемые режимы термической обработки приведены в табл. 12.1. Механические свойства при повышенных температурах, определяемые кратковременным испытанием на растяжение, как правило, не регламентируются. Решающее значение имеют нормы длительной прочности и ползучести при рабочих температурах в зависимости от длительности службы за время 10 000–100 000 ч (табл. 12.2). Сведения о примерном назначении сталей перлитного класса и их рабочие температуры приведены в табл. 12.3.
Metall/2_12.htm
на этом сайте находятся таблицы, указанные в тексте
Марки стали: 12МХ, 15ХМ, 12Х1МФ, 20ХМ, 25Х1МФ, 25Х2М1Ф, 18Х3МВ, 20Х3МВФ.

Ответ от 3 ответа[гуру]

Привет! Вот подборка тем с похожими вопросами и ответами на Ваш вопрос: Какие марки стали относятся к сталям перлитного класса

Перлит металловедение на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Перлит металловедение

Пикабу на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Пикабу

Пик-а-бу бокс на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Пик-а-бу бокс

Сталь на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Сталь

Стили кино на Википедии
Посмотрите статью на википедии про Стили кино

 

Ответить на вопрос:

Классификация сталей – ООО МДС Профиль

Сталь — основной металлический материал, широко применяемый в строительстве, а также для изготовления приборов, машин, оборудования и инструментов. Её широкое использование обусловлено сочетанием обширного комплекса механических, физческих, химических и технологических свойств. Кроме того, сталь весьма недорога и ее можно легко производить в большом объёме.

Развитие технологий ведет к повышению рабочих параметров машин и приборов, предъявляет все большие требования к качеству и свойствам стали. В связи с этим разрабатываются новые марки стали, а также совершенствуются процессы ее получения. Стали классифицируют по химическому составу, назначению, качеству, степени раскисления и структуре. 

1. По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные.

По содержанию углерода стали разделяют:

  • низкоуглеродистые (0,3% С)
  • среднеуглеродистые (0,3—0,7% С)
  • высокоуглеродистые (выше 0,7% С)

Легированные стали в зависимости от количества введенных элементов подразделяют:

  • низколегированные (5%)
  • среднелегированные (5-10%)
  • высоколегированные (более 10%)

2. По назначению стали подразделяют на:

  • конструкционные (стали: 20, 35, 45, 20Х, 40Х, 18ХГТ, 30ХГСА, 65Г и др.)
  • инструментальные (У8А, У10А, 5ХНМ, 9ХС, 4Х5МФС)
  • стали спецназначения с особыми свойствами

3. По качеству стали классифицируют на:

  • стали обыкновенного качества (только углеродистые до 0,5 % С)
  • качественные стали (углеродистые и легированные)
  • высококачественные стали (углеродистые и легированные)
  • особо высококачественные стали (легированные)

Под качеством стали нужно понимать совокупность свойств, определяемых техническим процессом ее производства. Однородность химического состава, строения и свойств стали в основном зависят от вредных примесей фосфора и серы, а также содержания газов (02, N, Н). Газы трудно определить количественно, потому что они являются скрытыми примесями. Именно поэтому нормы содержания вредных примесей служат основным показателем для разделения сталей по качеству.

4. По способу раскисления и характеру затвердевания сталь классифицируют:

  • спокойную (сп)
  • полуспокойную (пс)
  • кипящую (кп)

Раскисление, это процесс удаления кислорода из жидкого металла. Легированные стали производят спокойными (сп), тогда как углеродистые производят спокойными (сп), полуспокойными (пс) и кипящими (кп).

5. По структуре стали классифицируются:

(в нормализованном и отожженном состояниях)

В зависимости от структуры в отожженном (равновесном) состоянии стали разделяют на шесть классов:

  • доэвтектоидные, имеющие в структуре избыточный феррит
  • эвтектоидные, структура которых состоит из перлита
  • заэвтектоидные, имеющие в структуре вторичные, выделяющиеся из аустенита, карбиды
  • ледебуритные, содержащие в структуре первичные (эвтектические) карбиды
  • аустенитные
  • ферритные

По структуре после нормализации, стали подразделяют на следующие классы:

  • перлитный
  • мартенситный
  • аустенитный
  • ферритный

Сталь перлитного класса имеет невысокую устойчивость переохлажденного аустенита. При охлаждении на воздухе они приобретают структуру перлита, сорбита или троостита, в которой могут присутствовать также избыточные феррит или карбиды. К сталям перлитного класса относят углеродистые и низколегированные стали. Это большая группа основных недорогих, широко используемых сталей.

Стали мартенситного класса отличаются высокой устойчивостью переохлажденного аустенита. Для таких сталей скорость охлаждения на воздухе оказывается больше критической скорости закалки; при охлаждении на воздухе они закаливаются на мартенсит. К этому классу относят среднелегированные и высоколегированные стали.

Стали аустенитного класса из-за повышенного количества никеля или марганца (обычно в сочетании с хромом) имеют интервал мартенситного превращения ниже О°С и сохраняют аустенит при комнатной температуре. Распад аустенита в перлитной и промежуточной области отсутствует.

Ферритные стали имеют высокое содержание элементов, сужающих Y-область, при определенной их концентрации исчезает у-превращение.

Рассмотренная классификация относится только к нормализованным сталям. Если изменить условия охлаждения, то структура стали тоже может измениться. Если сталь перлитного класса охладить с большей скоростью, то можно получить мартенсит. При охлаждении стали мартенситного класса с меньшей скоростью можно получить перлит, после обработки стали аустенитного класса холодом — мартенсит. Легированные стали доэвтектоидного, заэвтектоидного и перлитного классов в основном применяют для изготовления инструмента и деталей машин. Стали мартенситного класса применяют редко. Стали аустенитного в ферритного классов имеют особые физические и химические свойства (коррозиестойкие, жаропрочные). Стали ледебуритного класса применяют как инструментальные стали (быстрорежующих сталей в часности).

Что такое перлит в металлургии?


Перлит

представляет собой смесь феррита и цементита, образующих отдельные слои или полосы в медленно охлаждаемой углеродистой стали. Это сплав железа, который содержит около 88% феррита и 12% цементита.
Перлит известен своей прочностью и используется в различных областях, в том числе:
  • Режущие инструменты
  • Проволока высокопрочная
  • Ножи
  • Зубила
  • Гвозди
одновременно прочнее и легче, чем чистая железосодержащая сталь.Он часто используется в качестве проволоки, а перлитные тросы играют важную роль в некоторых мостах. В качестве изоляционного материала перлит используется в холодильной технике.
представляет собой двухфазную пластинчатую (или слоистую) структуру, состоящую из чередующихся слоев феррита (87,5% по массе) и цементита (12,5% по массе), встречающуюся в некоторых сталях и чугунах. При медленном охлаждении сплава железо-углерод перлит образуется в результате эвтектоидной реакции, когда аустенит охлаждается ниже 727 °C (1341 °F) (эвтектоидная температура). Перлит представляет собой микроструктуру, встречающуюся во многих распространенных марках сталей.
Эвтектоидный состав аустенита составляет примерно 0,76 % углерода; сталь с меньшим содержанием углерода (доэвтектоидная сталь) будет содержать соответствующую долю относительно чистых кристаллитов феррита, которые не участвуют в эвтектоидной реакции и не могут перейти в перлит. Точно так же стали с более высоким содержанием углерода (заэвтектоидные стали) будут образовывать цементит до достижения эвтектоидной точки. Доля феррита и цементита, образующихся выше эвтектоидной точки, может быть рассчитана по фазовой диаграмме равновесия железо/железо-карбид с использованием правила рычага.
Перлит представляет собой двухфазную пластинчатую (слоистую или пластинчатую) структуру, состоящую из чередующихся слоев альфа-феррита и цементита, которая встречается в некоторых сталях и чугунах. Он образуется только в особых условиях, которые необходимо контролировать для создания этой фазы сплава.
Феррит или альфа-железо (a-Fe) представляет собой твердый раствор с железом в качестве основного компонента с объемно-центрированной кубической кристаллической структурой. Цементит, также известный как карбид железа, представляет собой химическое соединение железа и углерода с формулой Fe3C.
Перлит представляет собой распространенную микроструктуру, встречающуюся во многих марках сталей. Он твердый и прочный из-за слоистой структуры и используется в самых разных областях. Износостойкий благодаря прочной пластинчатой ​​сети феррита и цементита.
Эвтектоидная сталь в принципе может полностью превратиться в перлит; доэвтектоидные стали также могут быть полностью перлитными, если они превращаются при температуре ниже нормальной эвтектоидной. Стали с перлитной или близкой к перлитной микроструктурой можно волочить в проволоку.Такая проволока, часто свернутая в канаты, коммерчески используется в качестве проволоки для фортепиано, канатов для подвесных мостов и в качестве стального корда для армирования шин. Это делает перлит одним из самых прочных конструкционных сыпучих материалов на земле.
Стали с перлитной (эвтектоидный состав) или близкой к перлитной микроструктурой (близкий к эвтектоидному составу) можно волочить в тонкие проволоки. Такая проволока, часто свернутая в канаты, коммерчески используется в качестве проволоки для фортепиано, канатов для подвесных мостов и в качестве стального корда для армирования шин.Высокая степень волочения проволоки (логарифмическая деформация выше 3) приводит к получению перлитных проволок с пределом текучести в несколько гигапаскалей. Это делает перлит одним из самых прочных конструкционных сыпучих материалов на земле. [1]  Некоторые проволоки из заэвтектоидной перлитной стали, когда холодная проволока растягивается до истинных (логарифмических) деформаций выше 5, могут даже демонстрировать максимальный предел прочности при растяжении выше 6 ГПа. [2]  Хотя перлит используется во многих технических приложениях, происхождение его чрезвычайной прочности не совсем понятно.Недавно было показано, что холодное волочение проволоки не только упрочняет перлит за счет измельчения структуры ламелей, но и одновременно вызывает частичное химическое разложение цементита, связанное с повышенным содержанием углерода в ферритной фазе, деформационными дефектами решетки в ламелях феррита [3]. ] , и даже структурный переход от кристаллического к аморфному цементиту. Деформационное разложение и микроструктурное изменение цементита тесно связаны с несколькими другими явлениями, такими как сильное перераспределение углерода и других легирующих элементов, таких как кремний и марганец как в цементитной, так и в ферритной фазе; изменение аккомодации деформации на границах раздела фаз за счет изменения градиента концентрации углерода на границах раздела; и механическое легирование. [4]
Перлит был впервые идентифицирован Генри Клифтоном Сорби и первоначально назван сорбитом, однако сходство микроструктуры с перламутром и особенно оптический эффект, вызванный масштабом структуры, сделали альтернативное название более популярным.
Бейнит представляет собой аналогичную структуру с ламелями, намного меньшими, чем длина волны видимого света, и, следовательно, не имеет этого перламутрового вида. Его готовят путем более быстрого охлаждения. В отличие от перлита, образование которого связано с диффузией всех атомов, бейнит растет по механизму превращения смещения.
Превращение перлита в аустенит происходит при более низкой критической температуре 723°С. При этой температуре перлит превращается в аустенит в результате процесса зародышеобразования.
Показана атомно-зондовая томография перлитной стали после волочения, углерода и карбидов.

Прочность и атомная структура заэвтектоидной перлитной стальной проволоки 6,3 ГПа (Li, Choi, Goto, Borchers, Raabe, Kirchheim: Acta Mater. 60 (2012) 4005).

Термин «перлит» или, более конкретно, «перлитная сталь» относится к фазе соединения на основе железа.Перлитная микроструктура характеризуется совместным расположением тонких слоев феррита и цементита.
Часто пластинчатый вид перлита немного вводит в заблуждение, поскольку отдельные пластинки внутри перлитной колонии на самом деле взаимосвязаны в трех измерениях; поэтому одна колония представляет собой взаимопроникающий бикристалл феррита и цементита.

Перлит образуется при достаточно медленном охлаждении в системе железо-углерод в эвтектоидной точке на фазовой диаграмме Fe-C (723 °С, эвтектоидная температура).В чистом сплаве Fe-C он содержит около 88 об. % феррита и 12 об. % цементита. Перлит известен своей прочностью и чрезвычайной прочностью при сильной деформации.

В настоящее время перлитные стали являются самыми прочными и в то же время пластичными коммерческими сыпучими материалами на земле. При изучении под микроскопом он имеет очень характерный вид, созданный тонкими ламеллярными полосами. Термин «перлит» относится к внешнему виду этой фазы сплава при изучении под микроскопом. Он напоминает перламутр (перламутр), естественную пластинчатую структуру, встречающуюся у некоторых моллюсков.Однако не следует, что перламутр создается за счет естественного осаждения последовательных слоев, а не в результате специальной обработки эвтектоидной смеси, а разделяет черту твердости и прочности, создаваемую тонкими последующими слоями материала.

Перлит был впервые идентифицирован Генри Клифтоном Сорби, и поэтому первоначально он был назван сорбитом, однако сходство микроструктуры с перламутром и особенно оптический эффект, вызванный масштабом структуры, сделали альтернативное название «перлит» более популярным.

Измельчение зерна за счет интенсивной пластической деформации позволяет синтезировать сверхпрочные наноструктурированные материалы. В этом контексте существуют две проблемы: во-первых, измельчение зерна, вызванное деформацией, ограничено динамическим восстановлением дислокаций и укрупнением кристаллов из-за капиллярных движущих сил; во-вторых, скольжение по границам зерен и, следовательно, размягчение происходит, когда размер зерна приближается к нескольким нанометрам. Здесь обе проблемы были преодолены путем жесткого волочения перлитной стальной проволоки (перлит: пластинчатая структура
из чередующихся слоев железа и карбида железа).Во-первых, при больших деформациях карбидная фаза растворяется за счет механического легирования, превращая первоначально двухфазную перлитную структуру в фазу перенасыщенного углеродом железа. Эта богатая углеродом фаза железа превращается в столбчатую наноразмерную субзернистую структуру, которая топологически предотвращает скольжение по границам зерен. Во-вторых, сегрегация Гиббса пересыщенного углерода на границах субзерен железа снижает их межфазную энергию, тем самым уменьшая движущую силу для динамического восстановления и укрупнения кристаллов
.Таким образом, стабильная прочность на растяжение субзерен размером
в поперечном сечении составляет 7 ГПа, что делает этот сплав самым прочным из известных пластичных объемных материалов.

Перлит

Перлит обычно образуется при медленном охлаждении сплавов железа и может начаться при температуре от 1150°С до 723°С, в зависимости от состава сплава. Обычно это пластинчатая (чередующаяся пластина) комбинация феррита и цементита (Fe 3 C). Образуется при эвтектоидном распаде аустенита при охлаждении за счет диффузии атомов С, когда феррит и цементит растут смежно, С выделяется в виде Fe 3 С между рейками феррита на продвигающейся границе раздела, оставляя параллельные рейки Fe и Fe 3 C, который является перлитом.

Мартенсит (фото TWI № 0717)

Оценка местной прочности путем количественного определения микроструктуры в перлитной рельсовой стали, деформированной одновременным сжатием и кручением

%PDF-1.7 % 1 0 объект > эндообъект 7 0 объект > эндообъект 2 0 объект > /Шрифт > >> /Поля [] >> эндообъект 3 0 объект > поток application/pdfdoi:10.1016/j.msea.2018.09.067

  • Оценка местной прочности с помощью количественного определения микроструктуры перлитной рельсовой стали, деформированной одновременным сжатием и кручением
  • Димитриос Никас
  • Сяодань Чжан
  • Йохан Альстрем
  • Перлитная рельсовая сталь
  • ТЭМ
  • твердость
  • механизмы усиления
  • плотность дислокаций
  • Эльзевир Б.В.
  • Материаловедение и инженерия A, принятая рукопись, doi:10.1016/j.msea.2018.09.067
  • JournalMaterials Science & Engineering A© 2018 Опубликовано Elsevier B.V. -21T11:34:37+02:002018-09-19T13:18:58+05:302018-09-21T11:34:37+02:00TrueПерлитовая рельсовая сталь; ТЭМ; твердость; механизмы укрепления; плотность дислокаций; UUID: 0a63652c-e83e-4b10-8c3e-b7e0e858aa9cuuid: ede76b45-2e82-4f03-a842-309a39d6f261 конечный поток эндообъект 4 0 объект > эндообъект 5 0 объект > эндообъект 6 0 объект > эндообъект 8 0 объект > эндообъект 9 0 объект > эндообъект 10 0 объект > эндообъект 11 0 объект > эндообъект 12 0 объект > эндообъект 13 0 объект > эндообъект 14 0 объект > /XОбъект > >> /Анноты [31 0 R 32 0 R 33 0 R] /Родитель 12 0 Р /MediaBox [0 0 595 842] >> эндообъект 15 0 объект > эндообъект 16 0 объект > /MediaBox [0 0 595.32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект 58 0 R >> /Повернуть 0 /StructParents 0 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 17 0 объект > /MediaBox [0 0 595,32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /Шрифт > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 2 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 18 0 объект > /MediaBox [0 0 595,32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /Шрифт > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 1 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 19 0 объект > /MediaBox [0 0 595.32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /Шрифт > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 3 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 20 0 объект > /MediaBox [0 0 595,32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 4 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 21 0 объект > /MediaBox [0 0 595,32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 5 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 22 0 объект > /MediaBox [0 0 595.32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /Шрифт > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 6 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 23 0 объект > /MediaBox [0 0 595,32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект > >> /Повернуть 0 /StructParents 7 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 24 0 объект > /MediaBox [0 0 595,32 841,92] /Родитель 12 0 Р /QВставлено верно /Ресурсы > /Шрифт > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] /XОбъект 58 0 R >> /Повернуть 0 /StructParents 8 /Вкладки /S /Тип /Страница >> эндообъект 25 0 объект > /MediaBox [0 0 595.M/$v8E{RGpaid E\sǾ`{/1sc е >Н qatÙ|[email protected]

    Монотонная и циклическая деформация высококремнистой перлитной колесной стали | Интернет-исследования в области здравоохранения и окружающей среды (HERO)

    Заголовок

    Монотонная и циклическая деформация высококремнистой перлитной колесной стали

    Авторы)

    Цветковски, К; Альстром, Дж.; Карлссон, Б.

    Журнал

    Одежда
    ISSN: 0043-1648
    EISSN: 1873-2577

    Абстрактный

    Разработка марок сталей для железнодорожных колес шла в направлении повышения прочности для повышения сопротивления усталости в контакте качения и способности противостоять термическим повреждениям в течение всего срока службы.В этом исследовании недавно разработанный материал из колесной стали для пассажирских поездов, содержащий высокие уровни марганца и кремния, примерно по 1 мас.% каждого из них, был испытан на малоцикловую усталость при различных амплитудах полной деформации. Кроме того, были проведены испытания на монотонное растяжение и ударный изгиб по Шарпи с V-образным надрезом в диапазоне температур от -60°С до 180°С. Результаты сравнивались с другой маркой стали, обычно используемой в Европе для железнодорожных колес. Результаты малоцикловой усталости показывают одинаковую циклическую долговечность N(f) и развитие амплитуды усталостного напряжения для обоих материалов, но высоколегированная сталь демонстрирует пониженное циклическое разупрочнение и упрочнение в течение усталостной долговечности и в этом отношении более стабильна в своем поведении.Как это характерно для перлитно-ферритных сталей, оба материала демонстрируют ярко выраженное монотонное деформационное упрочнение. Был сделан вывод, что повышенные уровни марганца и кремния оказывают незначительное влияние на монотонное поведение, но существенно влияют на циклическое поведение при температуре окружающей среды. Однако при повышенных температурах появляются признаки дополнительного воздействия на монотонное поведение. Однако свойства при высоких температурах необходимо исследовать дополнительно, чтобы получить полное представление о механизмах и эффектах.(C) 2010 Elsevier B.V. Все права защищены.

    Межпластинчатое расстояние перлита

    Реферат

    Межпластинчатое расстояние между перлитами является очень важным микроструктурным параметром для сталей, содержащих перлит, и становится более важным по мере увеличения содержания перлита до полностью перлитной микроструктуры. По мере увеличения количества перлита в ферритно-перлитных микроструктурах увеличивается прочность, но снижаются ударная вязкость и пластичность.Для полностью перлитной стали по мере уменьшения межпластинчатого расстояния увеличиваются прочность, ударная вязкость и пластичность. Следовательно, при корреляции структура-свойство важно измерять межпластинчатое расстояние. В данной статье рассматриваются процедуры выполнения таких измерений. Из-за малого расстояния можно использовать изображения SEM или TEM реплик или тонких фольг. Диапазон расстояний в данном образце будет намного уже, если перлит в стали образовался изотермически, а не трансформировался в диапазоне температур, как в прокатанных или нормализованных сталях.

    Введение

    Данные о межпластинчатом расстоянии можно сопоставить с параметрами термообработки и механическими свойствами, такими как прочность, твердость и ударная вязкость. Для волочения проволоки марки, близкие к эвтектоидным, демонстрируют лучшую способность к волочению, прочность и пластичность при изотермическом преобразовании для получения наименьшего межпластинчатого расстояния. Такие измерения не могут быть выполнены с помощью световой микроскопии, за исключением случаев, когда межпластинчатое расстояние очень крупное. Требуется исследование TEM или SEM.Эффект секущей плоскости является еще одним фактором, усложняющим анализ. Даже когда перлит образуется изотермически, что обеспечивает минимальный диапазон расстояний, плоскость сечения может прорезать колонии перлита во всех возможных ориентациях относительно пластин, что создает видимость большего разнообразия измерений расстояний, чем они есть на самом деле. По мере того, как плоскость разреза все больше и больше отклоняется от перпендикулярности ламелей в колонии, кажущееся расстояние и кажущаяся толщина ламелей цементита увеличиваются.

    Рис. 1: Светооптическая микрофотография феррито-перлитной микроструктуры, выявленной при использовании 4% пикраля в непрерывно охлаждаемой углеродистой стали AISI 1040 (1000X). Рис. 2. Тонкая фольга для ПЭМ, вращаемая под лучом до тех пор, пока ламели цементита не станут параллельны электронному лучу, чтобы измерить истинное расстояние, 22 000X.

    Belaiew [1, 2] был одним из первых, кто занялся изучением проблем, связанных с измерением межламеллярного расстояния.Он ошибочно предположил, что межламеллярное расстояние было постоянным, а наблюдаемые вариации расстояния были связаны только с эффектом плоскости сечения. Грин [3] измерил межпластинчатое расстояние между перлитами в рельсовой стали оптически при увеличении от 2500 до 5000Х. Он предположил, что наименьшее наблюдаемое расстояние в колонии было истинным расстоянием, основываясь на его предположении, что фактическое расстояние было постоянным, а наблюдаемые изменения были вызваны только эффектом плоскости сечения.

    Пеллиссье и др.[4] были первыми, кто показал, что межпластинчатое расстояние перлита, даже при изотермическом образовании, не было постоянным, а демонстрировало диапазон расстояний около среднего значения (среднее) σ 0 . Их анализ показал, что среднее расстояние в 1,65 раза превышает минимальное наблюдаемое расстояние. Другие исследователи обнаружили различные значения множителя от 1,1 до 1,8 [5] и от 2 до 2,5 [6] минимальных интервалов. Браун и Ридли [7] использовали реплики ТЕМ для измерения минимального расстояния.Они просканировали реплику в поисках лучшей колонии. Затем они отрегулировали увеличение M, чтобы полностью разрешить ламели. Они использовали окружность, вписанную в экран просмотра, и подсчитали количество ламелей n, пересекающихся под прямым углом к ​​диаметру окружности, d c , а затем рассчитали минимальное межпластиночное расстояние, σ min , по:

    σ мин = (1/n)(d c /M)           (1)

    Это измерение было повторено на ряде колоний, которые, по-видимому, демонстрировали наименьшее расстояние, чтобы вычислить среднее минимальное расстояние, (среднее) σ мин .

    Рис. 3: ТЕМ-реплика слегка протравленного (с 4% пикраля) образца при увеличении 20 000X. Рис. 4. Слегка протравленный вид ламелей с использованием режима вторичного электронного изображения (SEI) с SEM, где плоскость образца перпендикулярна лучу, 10 000X.

    Одна из основных проблем с поиском наилучшего интервала заключается в том, что найденный наилучший интервал является функцией усилия, затраченного на поиск, то есть наилучший наблюдаемый интервал изменяется в зависимости от усилия, прилагаемого при поиске.Несмотря на эту проблему, некоторые исследования [8] утверждают, что поиск минимального расстояния дает наиболее надежные и последовательные оценки межламеллярного расстояния. Возможно, наиболее распространенный подход к измерению межпластинчатого расстояния состоит в том, чтобы провести линии, перпендикулярные пластинкам цементита в каждой колонии, а затем определить видимое расстояние, основанное на числе перехваченных пластинок, деленном на истинную длину линии, чтобы получить направленное расстояние, σ d . Но на среднее значение направленного расстояния влияет эффект плоскости сечения, и нет прямого способа рассчитать среднее истинное расстояние (среднее) σ t из среднего направленного расстояния (среднее) σ d .

    Андервуд [9] рекомендовал определять среднее случайное расстояние, σ r , для оценки среднего истинного расстояния, (среднее) σ t . Испытательные линии могут быть нанесены на конструкцию случайным образом или может быть использована круглая испытательная сетка диаметром d c , что является самым простым способом убедиться в том, что измеряется случайное расстояние. Подсчитывают число пересечений пластинок цементита, N, со случайными испытательными линиями или окружностью окружности, и количество пересечений на единицу длины, N L , вычисляют путем деления N на истинные длины линий или длины окружности. истинная окружность окружности на измерение поля.Среднее случайное расстояние (среднее) σ r определяется как величина, обратная N L :

    (среднее) σ r = 1/N L                           (2)

    Круговая сетка идеальна, так как обеспечивает измерение случайного интервала. Если количество перлита составляет <50% площади поля, увеличение необходимо увеличить, чтобы убедиться, что круг охватывает только перлит. Но для получения наилучших статистических данных используемое увеличение должно быть как можно меньшим, чтобы количество пересекающихся цементитных ламелей на тестовый круг на поле было как можно больше.Увеличение должно быть достаточно большим, чтобы различить ламели и удерживать тестовую окружность над колониями перлита, не закрывая при этом зерна феррита. Выбор полей должен быть беспристрастным, используя случайный выбор полей и систематический выбор полей (в идеале, не глядя на экран). Следует оценивать достаточно большое количество полей.

    Рис. 5. Более глубоко протравленная поверхность с использованием 4% пикрала, показанная в режиме SEI, но с поверхностью, близкой к перпендикулярной лучу, и с цементитом в колониях, выбранных как можно ближе к параллельным лучу, 19 600X. Рис. 6. Поверхность образца, подвергшегося глубокому травлению с использованием бром-метанола, вид в режиме SEI СЭМ с наклоненной плоскостью для лучшего контраста, 3040X.

    Салтыков [10] предположил, что для перлита с постоянным межпластинчатым расстоянием внутри каждой колонии среднее истинное расстояние (mean) σ r должно быть вдвое больше среднего истинного расстояния, (mean) σ t . Генсамер и др. [11] обнаружили, что это отношение варьировалось от 1.9 и 2.0.

    Экспериментальная процедура

    Прокатной образец углеродистой стали 1040 был впервые использован для оценки различных методов измерения межпластинчатого расстояния между перлитами. На рис. 1 показана микроструктура после травления 4% пикралем (пикраль предпочтительнее нитала, поскольку он равномерно растворяет феррит, в то время как нитал травится с разной скоростью в зависимости от ориентации кристаллов феррита). На рис. 2 показан пример тонкой фольги для ТЭМ, где фольга была наклонена под луч, чтобы сделать цементит параллельным лучу, показывая истинное расстояние.На рис. 3 показана реплика ПЭМ, где образец был слегка протравлен 4% пикралем для наилучшего контраста изображения. На рис. 4 показано вторичное электронное изображение, полученное с помощью РЭМ, слегка протравленного образца, который не был наклонен; поверхность образца перпендикулярна лучу, так что увеличение не меняется в пределах поля зрения. На рис. 5 показан образец с более глубоким травлением, в котором ламели практически параллельны электронному лучу, а наблюдаемые расстояния являются истинными. Это хорошее изображение для измерения истинного межламеллярного расстояния.На рис. 6 показано очень глубоко протравленное изображение цементита в перлите; снова образец наклоняется под балку. Это графическое изображение, но оно не способствует получению точных измерений расстояния.

    Рисунок 7: Распределение 183 измерений межпластинчатого расстояния для случайно выбранных перлитных колоний с использованием реплик TEM.

    Два разных человека попытались использовать реплики ПЭМ, чтобы найти то, что, по их мнению, было наименьшим межламеллярным расстоянием, и получили оценки 168 и 175 нм, что достаточно близко.Согласно Pellissier et al., среднее истинное расстояние в 1,65 раза больше минимального расстояния, то есть 277 и 289 нм для этих двух определений минимального расстояния. Следующий эксперимент с использованием реплик состоял в проведении большого количества измерений, 183, на случайно выбранных перлитных колониях, выбранных без какой-либо систематической ошибки, с использованием тестовых линий, проведенных перпендикулярно пластинкам цементита, то есть направленных измерений, σ d . Было сделано три измерения межламеллярного расстояния в каждой колонии.Среднее значение из 183 измерений составило 333,4 нм. Наименьшее измеренное расстояние составило 123,7 нм, что значительно меньше, чем у любых колоний, измеренных двумя людьми, которые искали наименьшее расстояние. Максимальное измеренное расстояние составило 1130,2 нм. Случайно выбранные колонии дали значительно более мелкое расстояние, на 26,2% более мелкое, чем самое мелкое, найденное в преднамеренном поиске наилучшего расстояния двумя операторами. На рисунке 7 показано распределение 183 измерений расстояния между репликами TEM по классам расстояния и кумулятивно.

    Те же самые колонии, измеренные с помощью направленных тестовых линий, также были измерены с использованием круглых тестовых сеток для оценки среднего случайного расстояния (среднее) σ r . Среднее случайное расстояние 92 измерений с использованием сетки тестовых кругов составило 507,5 нм. На основании определения Салтыкова о том, что среднее случайное расстояние в два раза превышает среднее истинное расстояние, среднее истинное расстояние (среднее) σ t составляет 253,8 нм. На рисунке 8 показано распределение 92 случайных измерений интервалов на репликах TEM по классам интервалов и кумулятивно.Наименьшее измеренное расстояние составило 201,4 нм, а наибольшее — 1566,6 нм

    Рисунок 8: Распределение 92 случайных измерений межпластинчатого расстояния для случайно выбранных перлитных колоний с использованием реплик TEM .

    В следующем эксперименте использовалась тонкая фольга для ТЭМ, в которой фольга наклонялась при просмотре случайно выбранных колоний перлита, чтобы выровнять ламели цементита параллельно лучу, таким образом выявляя истинное расстояние.На фотографиях колоний было сделано три измерения интервалов, всего 218 измерений. Наименьшее измеренное расстояние составляло 100 нм, а наибольшее расстояние составляло 449,9 нм. Среднее истинное расстояние, (среднее) σ t , составляло 254,5 ± 9,0 нм (доверительный интервал 95%), что очень хорошо согласуется с оценкой, основанной на случайных тестовых линиях (тестовых кругах) на репликах TEM. Минимальное расстояние в 100 нм значительно меньше, чем было обнаружено в других ранее упомянутых экспериментах. На рис. 9 показано распределение 218 истинных измерений расстояния, сделанных на наклонных фольгах ТЭМ, по классам расстояния и кумулятивно.На рис. 10 представлены три кумулятивных графика распределения данных для направленных и случайных измерений реплик ПЭМ и истинных расстояний с использованием наклонной фольги ПЭМ.

    Рис. 9. Распределение результатов 218 измерений межпластинчатого расстояния между случайно выбранными перлитными колониями с использованием ПЭМ-пленки, наклоненной для выявления истинного расстояния.
    Рис. 10: График трех кумулятивных распределений измерений истинного расстояния с использованием тонкой фольги, а также направленных и случайных измерений расстояния с использованием реплик ПЭМ.

    В последнем эксперименте использовались СЭМ-изображения колоний, глубоко протравленных 4% пикралем, как показано на рис. 5. Были сделаны пятнадцать микрофотографий колоний, которые выглядели примерно перпендикулярно поверхности, как показано на рисунке. Образец располагался перпендикулярно электронному лучу. Среднее значение направленных расстояний, по три на изображение, составляло 250 нм, что хорошо согласуется с истинным расстоянием с использованием фольги TEM, наклоненной под лучом, чтобы выявить истинное расстояние. Затем круговая тестовая сетка была применена к пятнадцати случайно выбранным изображениям для определения среднего случайного расстояния 510 нм.Половина этого среднего случайного расстояния составляет 255 нм, что в разумных пределах согласуется со значением 250 нм, полученным на 15 изображениях СЭМ с цементитом, кажущимся перпендикулярным поверхности образца, и близко согласуется с истинным измерением расстояния с использованием фольги и результаты с использованием случайных измерений расстояния между тестовыми кругами с использованием реплик TEM. Измерения направленного расстояния были выполнены на пятнадцати случайно выбранных изображениях СЭМ, что дало среднее направленное расстояние 320 нм, что достаточно похоже на 333.4 нм означает направленное расстояние, сделанное на репликах TEM.

    Отношение среднего значения 92 случайных измерений интервалов к среднему значению 183 направленных измерений интервалов, сделанных на репликах TEM, составило 507,5/333,4 = 1,52. Отношение среднего значения случайных измерений интервалов, сделанных на изображениях СЭМ, к среднему значению направленных изображений, сделанных на изображениях СЭМ (случайно выбранные изображения, на которых колонии имели широкий диапазон ориентации по отношению к поверхности), составило 510/320 = 1,59. . Эти значения близки к π/2 = 1.57, который представляет собой приблизительную корреляцию между случайными измерениями интервалов и направленными измерениями интервалов в соответствии с моделью в [12].

    Выводы

    Измерение межпластинчатого расстояния перлита проще всего определить с точностью, используя должным образом подготовленные и протравленные металлографические образцы с использованием круглых испытательных сеток, чтобы определить среднее случайное расстояние, используя либо реплики СЭМ, либо изображения СЭМ (не наклоняйте образец; держите поверхность перпендикулярно луч).Для получения адекватной статистической точности следует измерить несколько случайно выбранных полей, которые можно оценить на основе доверительного интервала 95 %, деленного на среднее значение, выраженное в процентах. Если это значение <10%, точность является адекватной. Среднее истинное расстояние составляет половину среднего случайного расстояния. Исчерпывающая работа с фольгой в ТЭМ продемонстрировала правильность этого расчета Салтыкова, а также Андервуда. Измерение направленного расстояния занимает больше времени, и корреляция между измерением направленного расстояния и истинным межламеллярным расстоянием носит эмпирический характер.

    Каталожные номера

    1. Беляев Н.Т. Внутренняя структура зерна перлита // J. Iron and Steel Institute (London), Vol. 1105, 1922, стр. 201-239.
    2. Беляев Н.Т. О структуре желвакового троостита // J. Iron and Steel Institute (London), Vol. 124, 1931, стр. 195-214.
    3. Грин О.В. Некоторые характеристики перлита в эвтектоидной рельсовой стали // Пер. АССТ, Том. 16, 1929, стр. 57-76.
    4. G. E. Pellissier et al., “Интерламеллярное расстояние перлита”, Trans.АСМ, Том. 30, 1942, стр. 1049-1086.
    5. Биркбек Г., Уэллс Т.С. Морфология перлита в трех низкоуглеродистых сталях. АЙМЕ, Том. 242, 1968, стр. 2217-2220.
    6. М. К. Асунди и Р. Ф. Вест, “Кинетика роста перлита в двойных алюминиевых бронзах”, J. Институт металлов, Vol. 94, 1966, стр. 19-23.
    7. Д. Браун и Н. Ридли, «Скорость зарождения и роста и межпластинчатые расстояния перлита в низколегированной эвтектоидной стали», J. Институт железа и стали (Лондон), Vol. 204, 1966, с.811-816.
    8. Пулс М.П., ​​Киркалди Дж.С. Перлитная реакция. Пер., Том. 3, 1972, стр. 2777-2796.
    9. Андервуд Э.Е. Количественная стереология. – Аддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс, 1970. Прочностные свойства перлита, бейнита и сферодита // Тр. АСМ, Том. 30, 1942, стр. 983-1020.
    12. Вандер Воорт Г.Ф., Роуш А. Измерение межпластинчатого расстояния перлита // Металлография.17, 1984, стр. 1-17.


    Джордж Вандер Воорт имеет опыт работы в области физической, технологической и механической металлургии и занимается металлографическими исследованиями в течение 47 лет. Он является давним членом комитета ASTM E-4 по металлографии и имеет обширные публикации по металлографии и анализу отказов. Он регулярно преподает курсы MEI для ASM International и сейчас проводит вебинары. Он является консультантом Struers Inc.

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.