Прямое наблюдение за выделением и растворением графита при высокотемпературном нагреве образцов заэтектоидной стали и чугуна в вакууме » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Прямое наблюдение за выделением и растворением графита при высокотемпературном нагреве образцов заэтектоидной стали и чугуна в вакууме

19.05.2021

Исследование закономерностей выделения и растворения графита в процессе высокотемпературного нагрева сталей и чугунов имеет ряд специфических особенностей, в частности, проявляющихся в различии строения поверхности и объема образцов заэвтектоидных сталей, подвергаемых высокотемпературному нагреву в вакууме. В этом разделе сообщаются некоторые сведения об опытах, выполненных в данной области, которые рассматриваются нами только как предварительные результаты.

В процессе некоторых исследований, связанных с нагревом в вакууме образцов заэвтектоидных сталей и чугуна, на поверхности образцов были обнаружены выделения графита. Так, в работе Э. Хэмингуэя и Г. Эсмингера сообщалось о возникновении очагов графитовых выделений на поверхности образцов высокоуглеродистой стали, нагретых до 900 °C в вакууме. Аналогичные наблюдения были сделаны Л.И. Шушпановым.

Первые данные о характере выделений графита на образцах чугуна при их нагреве в вакууме опубликованы в работе И.В. Салли и П.Ю. Шульдинера.

Опыты проводились при нагреве образцов без непосредственного наблюдения за их структурой и позволили зафиксировать наличие выделений графита на поверхности образцов только после медленного охлаждения с 1000 °С, а также после медленного охлаждения с 1000 до 760 °С в вакууме и последующей закалки в ртути, находящейся внутри вакуумной камеры. Закалка с 1000 оС показала отсутствие очагов выделения графита на поверхности образцов.

На основании проведенных опытов указанные исследователи высказали предположение о том, что причиной образования очагов графита на поверхности образцов является уменьшение растворимости углерода в у-железе при охлаждении чугуна, как это следует из диаграммы состояний системы железо — углерод.

Однако данные работы, показывающие, что графит на поверхности образца выделяется только при охлаждении, не бесспорны. Эксперименты, проведенные нами при прямом наблюдении в микроскоп за строением образцов заэвтектоидной стали и чугуна, убедительно показали, что графит выделяется на поверхности образцов не только при охлаждении, но и при нагреве. Заметные очаги выделения графита появляются на стали У12 при 800 °С, однако при повышении температуры свыше 850—900 °С эти очаги в отдельных участках зерен постепенно исчезают. Этот процесс, по-видимому, связан с увеличением растворимости углерода в-у-железе по мере повышения температуры.

Было установлено, что по мере увеличения содержания углерода в стали температура начала выделения графита на поверхности понижается. Например, при нагреве стали с 1% С первые очаги графита начинают появляться уже при 780 °С.

Очаги графитных образований возникают на поверхности образца в виде отдельных мелких черных точек размером около 1—2 мк.

Следует отметить, что по количеству выделений разные зерна значительно различаются; последнее связано, по-видимому, с анизотропией строения зерен.

Выделение графита — устойчивой фазы сплавов системы железо — углерод — на поверхности нагреваемых в вакууме образцов происходит в результате высокой подвижности атомов углерода. По имеющимся в литературе данным, подвижность атомов углерода, например, при 900 °C почти в 70000 раз больше подвижности атомов железа.

При непосредственном наблюдении в микроскоп за поведением нагреваемого в вакууме образца чугуна с глобулярным графитом можно заметить следующие характерные изменения (рис. 162).

На рис. 162, а показана поверхность полированного образца в исходном состоянии с тремя отпечатками алмазной пирамиды, отмеченными стрелками. Выдержка при 750 °C в течение 5 мин. (рис. 162,б) вызывает появление точечных выделений графита. Последующее ступенчатое повышение температуры сначала до 900, затем до 1000 и 1050 °C с выдержкой по 5 мин. при каждой температуре (рис. 162, в—д) позволяет проследить дальнейшую коагуляцию образовавшихся графитных выделений.

При 1050 °C точечные выделения графита на поверхности образца исчезают, что можно объяснить увеличением растворимости углерода в аустените по мере роста температуры.

Снижение температуры (рис. 162, е). дает возможность проследить за образованием микрорельефа по границам зерен, возникающих в процессе превращения твердого раствора при его охлаждении.

Микроструктура в объеме образцов данного чугуна с глобулярным графитом оказалась такой же, как и выявленная на их поверхности.

Иное наблюдается при исследовании заэвтектоидной углеродистой стали, содержащей 1,5% С. На рис. 163, а показано микростроение поверхности образца этой стали после выдержки в течение 20 мин. при 1200 °C в вакууме с последующим охлаждением до комнатной температуры со средней скоростью около 2 град/сек. На поверхности имеются плотные пленки графита и белые полосы аустенитного поля (отмеченные стрелками).

После удаления шлифовкой слоя около 10 мк, полирования и химического травления (рис. 163, б) выявляются сетка и иглы цементита по границам зерен (вдоль зон, отмеченных на рис. 163, а стрелками). Рассматривая эти микрофотографии, можно заметить, что вследствие изменений на поверхности и фазовых превращений в процессе охлаждения микростроение внутри образца иное, чем на поверхности. Это необходимо учитывать при проведении опытов по высокотемпературной металлографии сталей.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: