Полосчатость структуры металла причины образования. Полосы на анодированном профиле: роль матрицы и оптические эффекты. Национальный стандарт российской федерации

Признаком любого типа шиферного излома является в той или иной мере выраженная слоистость, наблюдаемая в изломе поперечных проб. Слоистый характер поверхности разрушения может быть обусловлен только одним фактором - существованием дискретной многократно повторяющейся неоднородности свойств по сечению испытуемого объекта (на поперечных образцах) . В свете указанного, сталь с шиферным строением в изломе в первом приближении может быть уподоблена конгломерату, составленному из большого количества вытянутых в направлении течения металла при горячей обработке давлением и сваренных друг с другом микрообъемов (микрослоев) металла, не имеющих, однако, строго эквивалентных механических свойств, по крайней мере, с соседними объемами (слоями) металла. Трещина разрыва такого металла при разрушении его поперечных проб не располагается в одной плоскости, а проходит избирательно по участкам с наименьшей пластичностью, в результате чего поверхность разрушения приобретает ступенчатый характер, который и создает слоистое строение излома. То, что избирательный характер продвижения трещины разрыва связан в первую очередь с неодинаковой пластичностью, а не прочностью отдельных слоев шиферного металла, видно из того, что шиферное строение излома (за исключением очень грубого) не вскрывается при наличии у стали кристаллического излома, при котором сталь находится в малопластичном или полухрупком состоянии, и, следовательно, все объемы (слои) металла не способны пластически деформироваться в данных условиях разрушения.

Таким образом, в свете указанных представлений о механизме разрушения стали с шиферным строением в изломе объяснение его природы сводится к установлению факторов, обусловливающих дискретную многократно повторяющуюся неоднородность пластических свойств по сечению поперечных проб. В одной из первых в отечественной литературе работ, посвященных шиферному (слоистому) излому (в работе А. Н. Фарфурина, мы находим:

«Слоистость в изломе вообще есть следствие раскатки стали, обладающей достаточно развитой первичной кристаллизацией, т. е. - дендритов, которые разрастаются при остывании болванки до некоторой определенной величины и известным образом ориентируются в болванке. Так как всякая сталь состоит из дендритов той или другой величины, то, следовательно, всякая сталь носит в себе зародыши слоистости. Более резкая слоистость, встречающаяся в нижних частях листов, часто бывает обязана, кроме указанных причин, раскатке мелких пузырей, наблюдающихся в нижних сечениях болванки».

«Если дендриты при остывании болванки не получают доста

точного развития, явление слоистости может не обнаружиться, и мы получим ровный и чистый излом».

«Большое значение для проявления резкой слоистости излома, повидимому, имеет расщепление крупных дендритов по их границам при изломе». «Пузыри, раковины и т. п., если они присутствуют, только еще сильнее оттеняют это явление слоистости, а выделение вредных примесей по границам дендритов облегчает расщепление материала при изломе проб на этих границах».

Из изложенного видно, что, по А. Н. Фарфурину, неоднородность свойств, обусловливающая шиферное строение излома, является результатом прежде всего «раскатки» резко выраженной первичной дендритной структуры стали, а так же «пузыристости» стали.

В работе Г. Л. Сахарова и В. О. Баринова мы находим: «Шиферный излом, характеризующийся древовидным или слоистым строением, наблюдается на участках, изобилующих шлаковыми включениями». Эти участки «обладают пониженными механическими свойствами по сравнению со здоровой массой металла и представляют те места, на которых обнаруживаются ступеньки или уступы, характерные для шиферного излома». Другими словами, неоднородность свойств шиферной стали, по Г. Л. Сахарову и В. О. Баринову, обусловлена исключительно неметаллическими включениями. По А. Н. Минкевичу, «шиферный излом связан с так называемой полосчатой структурой». В стали, по мнению А. Н. Минкевича, могут наблюдаться три типа полосчатой или слоистой структуры:

1. Первичная полосчатость, обусловленная дендритной неоднородностью, остатками осевой рыхлости, пузырями и неметаллическими включениями: «Эти неоднородные места при ковке, штамповке и прокатке вытягиваются, получая форму соответственно деформации слитка, в виде вытянутых слоев, полосок или волокон взаимно неодинакового состава».

2. Вторичная полосчатая структура, заключающаяся в полосчатом расположении феррита и перлита. Хотя указанная структура связана со вторичной кристаллизацией, «но своим образованием обязана в процессе этой кристаллизации зародышевому действию шлаков, сернистого марганца и местам, обогащенным фосфором и окислами в твердом растворе». А. Н. Мин-кевич в данном случае имеет в виду, что частицы, играющие роль центров вторичной кристаллизации, вытянуты в направлении течения металла при обработке давлением.

3. Полосчатая структура холодной обработки, обусловленная деформацией структурных составляющих стали при ее обработке давлением ниже температуры рекристаллизации.

Таким образом, если исключить случай возникновения слоистого строения в изломе под влиянием холодной обработки давлением, поскольку это слоистое строение легко устранимо методами вторичной перекристаллизации и, следовательно, не представляет того истинного шиферного излома, который наблюдается в практике производства легированной горячеобработанной давлением конструкционной стали, то, по А. Н. Минкевичу, происхождение шиферного строения в изломе обусловлено структурной неоднородностью стали, связанной с дендритной ликвацией, пузырями, неметаллическими включениями, остатками осевой рыхлости, а также в ряде случаев вызвано образованием вторичной полосчатости.

По И. С. Гаеву, в частных случаях шиферный излом может быть вызван:

а) вытянутыми шлаками и сульфидами;

б) вытянутыми объемами ликвационного характера (участками газовой ликвации, междендритными ликвационными участками, обогащенными фосфором, хромом, никелем и другими элементами);

в) вытянутыми участками структурных составляющих вторичной кристаллизации.

Другими словами, точка зрения И. С. Гаева в значительной мере совпадает с предложенной А. Н. Минкевичем.

Аналогичное объяснение природы шиферного излома можно, найти в работах и других, в частности зарубежных, авторов, связывающих неоднородность свойств шиферной стали с одной или несколькими уже перечисленными выше причинами.

Таким образом, в настоящее время можно считать общепризнанным, что повторяющаяся неоднородность свойств шиферной стали обусловлена односторонней вытяжкой при горячей обработке давлением химически и физически разнородных составляющих (микрообъемов) стали. Что же касается природы этих составляющих, то, как видно из изложенного выше, по этому вопросу мнения исследователей несколько расходятся: одни из них считают, что составляющими являются только шлаковые включения или только объемы ликвационного характера, другие полагают, что шиферный излом может быть обусловлен действием нескольких структурных факторов. Нам кажется, что последняя точка зрения более достоверна. Мы полагаем, что шиферность никогда не может быть обусловлена действием только одного структурного фактора, поскольку в создании неоднородности свойств деформированной стали всегда принимает участие несколько структурных факторов.

Действительно, в стальном слитке всегда имеется в той или иной мере выраженная дендритная неоднородность, загрязненность неметаллическими включениями, межкристаллитная пористость и другие дефекты его строения, которые в случае сильного развития одного или нескольких из этих дефектов создают столь значительную неоднородность свойств деформированной стали, что обусловливают шиферное строение ее излома.

Соответственно можно говорить о превалирующей роли тех или иных отдельных структурных факторов и о незначительном, однако всегда усиливающем, действии других факторов, но нельзя чисто метафизически связывать появление шиферного излома только с одним каким-либо частным структурным фактором, исключая при этом совершенно роль других. В свете указанных представлений следует считать, что шиферный излом обусловлен совместным влиянием нескольких структурных факторов, из которых в частных случаях решающая роль может принадлежать:

1. Неметаллическим включениям - в основном шлакам, сульфидам и окислам.

2. Вытянутым объемам ликвационного характера, связанным с дендритной ликвацией стали.

3. Вытянутым мелким (скорее микроскопическим, чем макроскопическим) газовым пузырям, с участками газовой ликвации.

4. Вторичной полосчатости, связанной с вытянутыми неметаллическими включениями и участками микро-ликвационного характера.

Соотношение значений указанных структурных факторов определяет в каждом частном случае степень пораженности стали шиферностью, а также специфические особенности строения ее излома. Так, светлые жилки в изломе шиферной стали обычно являются результатом наличия вытянутых ликвационных объемов, обогащенных неметаллическими включениями и, наоборот, обедненных углеродом. Присутствие на фоне шиферного излома значительного количества мелких расслоев в большинстве случаев обусловлено микропористостью. Древовидный излом, т. е. древовидная шиферность, по И. С. Гаеву, связана с наличием тонких вытянутых цепочек из мелких шлаковых и оксидных включений.

Дефект «полосчатость» является одним из распространенных дефектов анодированных профилей из , например, сплавов 6060 и 6063 по международной и европейской классификации или сплава АД31 по отечественному ГОСТ 4784. По-английски этот дефект называют « streaking ». Обычно он проявляется уже после анодирования, что затрудняет выявление его причины. Сущность этого дефекта в том, что на поверхности профиля визуально видны узкие полосы с различным контрастом блеска или матовости как между ними самими, так и по сравнению с окружающей нормальной анодированной поверхностью. Пример этого дефекта анодирования представлен на рисунке.

Причины дефекта анодирования “полосчатость”

Известны, как минимум, три причины возникновения дефекта «полосчатость»:

• Прессовые сварные швы

Металл из поверхностной зоны слитка

Первая причина – попадание в поверхность профиля металла поверхностной, так называемойсегрегационной зоны исходного слитка, обогащенногоинтерметаллидами и оксидами.

Прессовые сварные швы

Вторая причина – технологические, «прессовые» сварные швы профиля, продольные и поперечные. Поперечные швы возникают при обычной практике прессования заготовок «стык в стык», когда металл двух последовательных заготовок сваривается непосредственно в матрице и в него попадает металл поверхностного слоя из заднего конца предыдущей заготовки. Продольные швы возникают на полых профилях при соединении потоков металла после прохождения смежных портов матрицы. При стыковке двух заготовок материал загрязнения из заднего конца заготовки могут попадать и в продольные швы. Для устранения первых двух причин применяют: 1) более качественные слитки с минимальной толщиной сегрегационной зоны и 2) увеличенную толщину пресс-остатка.

Неправильная конструкция матрицы

Более сложной является третья причина, связанная с недостатками конструкции матрицы. В этом случае полосы возникают из-за сильных различий в пластической деформации или ее скорости в различных зонах сечения профилей со сложным или полым сечением. В результате возникают зоны металла с резко отличающимися характеристиками микроструктуры, такими как размер зерна, ориентация зерен, а также размер и количество выделений вторичных фаз. Кроме того, продольные швы также могут протравливаться неоднородно и быть видны даже и без участия загрязненного металла из поверхностного слоя. Это может быть опять же из-за неадекватной конструкции матрицы по размерам, форме или расположению сварочных камер.

Оптика дефекта анодирования “полосчатость”

Оптическая сущность полосчатостизаключается в том, что разные полосы имеют различную степень блеска или матовости. Блеск и матовость поверхности зависят от ее отражательных свойств, которые, в первую очередь, зависят от микротопографии поверхности. Эта топография определяется различными поверхностными несовершенствами, которые образуются в основном при травлении.

Часто поверхность дефектных полос имеет более грубую струкутуру, чем у нормальной поверхности и поэтому выглядит более матовой, так ее поверхностные несовершенства увеличивают диффузионную часть отраженного света. При оксидный слой образуется на поверхности исходного металла. Оптические свойства поверхности после анодирования в основном зависят от топографии поверхности исходного металла и мало зависит от самой оксидной пленки, потому что она является прозрачной.

Матовое щелочное травление алюминиевых профилей

Цель травления поверхности перед анодированием – получить гомогенную матовую поверхность. Травление меняет микроструктуру и оптические свойства поверхности за счет создания дополнительных поверхностных несовершенств: ямок травления, канавок границ зерен и ступенек травления зерен.

Роль железа в алюминиевом сплаве

Размер и распределение ямок травления зависит в основном от размеров и распределения в поверхностном слое интерметаллидных фаз: первичных частиц Al 3 Fe , α- AlFeSi и β- AlFeSi и вторичной фазы Mg 2 Si . Железосодержащие частицы имеют более высокий электрохимический потенциал, чем окружающий их алюминий, поэтому растворяются не они, а алюминий вокруг них. При достаточно длительном травлении эти частицы полностью выпадают и размер ямок часто больше, чем их исходный размер, иногда до 10 мкм в диаметре. Поэтому содержание железа в сплаве и оказывает значительное влияние на оптический вид поверхности после травления. Напротив, частицы Mg 2 Si действуют как аноды, что приводит к полному их вытравливанию с образованием ямок, повторяющих форму частиц. Поэтому малый размер частиц β- Mg 2 Si и их высокая плотность распределения дают значительный вклад в формирование матовой поверхности, в том, числе в ямках от первичных Fe -частиц. Такая высокая плотность мелких частиц Mg 2 Si достигается эффективной закалкой и искусственным старением профилей.

Роль границ зерен

Другим важным параметром микроструктуры поверхности, влияющим на ее оптические свойства, являются канавки границ зерен . Обычно границы зерен более восприимчивы к щелочному травлению. Однако, оказывается, что внутри на «полосчатой» поверхности канавки границ зерен еле видны, тогда как на нормальной поверхности – границы зерен глубокие и видны очень четко. Эту «смазанность» канавок границ зерен считают одной из причин, почему дефектные полосы выглядят светлее: мелкие канавки уменьшают долю диффузионной части отраженного света.

Ступеньки зерен

Еще одним элементом микроструктуры поверхности, влияющим на ее оптические свойства, являются так называемые ступеньки травления зерен. Дело в том, что при прессовании алюминиевых сплавов образуются некоторые предпочтительные ориентации зерен, то есть определенная текстура зерен. Установлено, что в дефектных полосах большинство зерен ориентировано в направлении прессования, а на нормальной поверхности зерна ориентированы случайным образом. Различие в текстуре дефектных и нормальных участковприводит к различной интенсивности отражения света.

Роль конструкции матрицы

Установлено, что описанные выше особенности поверхностной микроструктуры профилей возникают при прессовании сложных и, вдобавок, полых профилей, когда возникают сложные потоки металла с большими деформациями и скоростями деформаций. Именно это и приводит к возникновению неоднородной поверхностной микроструктуры поверхности профилей, которая является причиной дефекта «полосчатость».

Источник : X. Zhang et al, Aluminum Extrusion Technology Seminar, 2008.

Шкала № 1 Полосчатость феррито-перлитной структуры для сталей с содержа­нием углерода до 0,25%. - Отдельное издание.

Шкала № 2 Видманштеттовая структура (игольчатость феррита) для стали с содержанием углерода до 0,10%. - Отдельное издание.

Шкала № 3 Микроструктуры металла труб из сталей марок 12Х1МФ,

12ХШФ-ПВ, 15Х1М1Ф, 12Х2МФСР
1 Микроструктура металла труб из сталей 12Х1МФ, 12Х1МФ-ПВ Сдаточные микроструктуры:

1 балл - микроструктура содержит от 100 до 30% ощущенного бейнига и перлита плюс феррит ;

3 балл - микроструктура содержит от 30 до 20% отпущенного бейнита и перлита плюс феррит;

4-5 балл - микроструктура содержит от 20 до 15% отпущенного бейнита и перлита плюс феррит.

Браковочные микроструктуры:

6 балл - микроструктура содержит от 15 до 5% отпущенного бейнита и перлита плюс феррит;

7 балл - мифоструктурасодержит от 5 до 0% отпущенного бейнита и перлита плюс феррит;

2 Микроструктуры металла труб из стали 15Х1М1Ф Сдаточные микроструктуры:

1 балл - микроструктура содержит не менее 100% отпущенного бейнита ;

2 балла - микроструктура содержит не менее 80% отпущенного бейнита;

3 балл - микроструктура содержит не менее 60% отпущенного бейнита;

4 балл - микроструктура содержит не менее 40% отпущенного бейнита;

5 балл - микроструктура содержит не менее 20% отпущенного бейнита.

Браковочные микроструктуры:

6 балла - феррито-перлитная микроструктура;

7-9 баллы - микроструктуры перегрева при отпуске свыше Ас и

10 балл - микроструктура содержит 100% отпущенного мартенсита с бейнитом.

3 Микроструктуры металла труб из стал 12Х2МФСР Сдаточные микроструктуры:

1 балл - микроструктура содержит от 100 до 90% отпущенного бейнита плюс феррит ;

2 балл - микроструктура содержит от 90 до 70% отпущенного бейнита плюс феррит;

3 балл - микроструктура содержит от 70 до 50% отпущенного бейнита плюс феррит;

4 балл - микроструктура содержит от 50 до 30% отпущенного бейнита плюс феррит;

5 балл - микроструктура содержит от 30 до 15% отпущенного бейнита плюс феррит.

Браковочные микроструктуры:

6 балл - микроструктура содержит от 15 до 5% отпущенного бейнита плюс феррит;

7 балл - микроструктура содержит от 5 до 0% отпущенного бейнита плюс феррит;

8 балл - микроструктура перегрева при отпуске выше Ас1

Шкала № 1




Полосчатость феррито-перлитной структуры для стали с содержанием углерода до 0,25% х 100

Шкала № 2

Для стали с содержанием углерода до 0,15% х 100

Шкала № 2 (продолжение)

Видманштеттовая структура (игольчатость феррита)

Полосчатость Banding - Полосчатость .

Неоднородное распределение легирующих элементов или фаз, ориентированных в волокнах или плоскостях параллельных направлению обработки. См. также Banded structure - полосчатую структуру, ferrite-pearlite banding - полосчатый феррит-перлит, segregation banding - сегрегационная полосчатость .

(Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО "Профессионал", НПО "Мир и семья"; Санкт-Петербург, 2003 г.)

Синонимы :

Смотреть что такое "Полосчатость" в других словарях:

Сущ., кол во синонимов: 1 пестролепестность (5) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

полосчатость - Неоднородное распределение легирующих элементов или фаз, ориентированных в волокнах или плоскостях параллельных направлению обработки. Тематики металлургия в целом EN banding … Справочник технического переводчика

полосчатость - Чередование в горных породах сравнительно тонких параллельных слоев, различающихся составом, цветом, структурой, ориентировкой зерен. Syn.: слоистость; ленточность … Словарь по географии

Ж. отвлеч. сущ. по прил. полосчатый Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой

Ferrite banding Ферритная полосчатость. Параллельные полосы свободного феррита, выстроенные в направлении обработки. Иногда называют ферритными полосками. (Источник: «Металлы и сплавы. Справочник.» Под редакцией Ю.П. Солнцева; НПО Профессионал,… … Словарь металлургических терминов

Группа технологических процессов, в результате которых изменяется форма металлической заготовки без нарушения её сплошности за счёт относительного смещения отдельных её частей, т. е. путём пластической деформации (См. Деформация).… …

Грубосланцеватая регионально метаморфическая порода. Это название применяется американскими петрографами к любым кристаллически зернистым породам с гнейсовой текстурой вне зависимости от их состава. Гнейсовая текстура может быть определена как… … Энциклопедия Кольера

Сочетание ингредиентов и микрокомпонентов угля. Различают микро и макроструктуру. Макроструктура сочетание видимых простым глазом в вертикальном изломе разл. по величине, форме и вещественному Составу ингредиентов. По макроструктуре все угли… … Геологическая энциклопедия

- (от греч. chalkedon) минерал, скрытокристаллическая разновидность Кварца. Содержит примеси Fe3+, Al3+, до 1 1,5% воды и др. Под микроскопом обнаруживает тонковолокнистое, часто радиально волокнистое строение; волокна микрокристаллов… … Большая советская энциклопедия

Ориентировка склонов по отношению к странам света и к соответственно направленным в пространстве процессам, прежде всего господствующим ветрам. Склоны, открытые ветру, называются наветренными, находящиеся в ветровой тени подветренными.… … Большая советская энциклопедия

Книги

• Структурная геология , А. К. Корсаков. В учебнике рассмотрены основные формы залегания осадочных, интрузивных, вулканических и метаморфических пород. Дана морфологическая характеристика образованныхими тел и элементы их…

Основными элементами микроструктуры металла, контролируе-мыми металлографическим способом, являются перлит и его более дисперсные разновидности (сорбит, троостит), феррит, избыточный цементит, мартенсит и продукты его распада при отпуске, аустенит и дельта-феррит в специальных сталях, карбидная составляющая в заэвтектоидных сталях и чугунах, графит, структуры химико-терми-ческих обработок, неметаллические фазы (сульфиды, оксиды, нитриды и т. д.), интерметаллиды, различные эвтектоидные и перитектоидные структуры и продукты их распада, продукты дисперсионного твердения в железных, никелевых и цветных сплавах, разно-образные структурные составляющие сплавов, однофазные структу-ры отдельных сплавов и др.

Контроль микроструктуры.

Основные реактивы для травления микрошлифов стали: раствор азотной кислоты (4 см 3 , плотность 1,405) в этиловом спирте (100 г); раствор пикриновой кислоты (4 г) в этиловом спирте; для двухфазных сталей — раствор пикри-новой (0,4 г) и соляной (5 мл, плотность 1,19) кислот в спирте (55 мл). Оценку микроструктуры выполняют просмотром травленых микрошлифов на оптических микроскопах и сравнением с эталон-ными изображениями. Например, по , по степени дисперсности зернистый и пластинчатый перлит, мартенсит, нитри-ды подразделяют на 10, а по характеру карбидной неоднородности и карбидной сетки — на 6 баллов. Смешанные структуры, состоя-щие из перлита и феррита мартенсита и троостита, зернистого и пла-стинчатого перлита, также оценивают сравнением с эталонами десятибальных шкал. Выбор увеличения микроскопа зависит от контролируемой микроструктуры: Х500 — для обычного перлита и Х1000 — при определении дисперсности пластинчатого и зернистого перлита и размеров игл мартенсита; Х500 — при опре-делении карбидной сетки и X 100 — при определении карбидной не-однородности.

Оценку микроструктуры инструментальных углеродистых сталей (ГОСТ 1435—74) проводят по 10-балльной шкале. Недопустимые для отправки металла баллы — 1 (структура неотожженного метал-ла) и 10 (грубопластинчатый перлит, полученный при перегреве в процессе отжига). Кроме того, для стали марок У10 (А) — У13 (А) не допускается структура, соответствующая эталонам 2 и 9. Микро-структура по эталонам 3—8 (зернистый перлит с небольшим коли-чеством пластинчатого) считается допустимой для всех марок ста-ли. Прутки толщиной до 60 мм контролируют на поперечных шли-фах при увеличении Х500. Шлака для оценки микроструктуры ин-струментальных легированных сталей (ГОСТ 5950—73) состоит из 10 микрофотографий; первые пять баллов — структура зернистого перлита с размерами зерен цементита до 10 мкм; далее — с посто-янным возрастанием количества пластинчатопг перлита до 100% в эталоне № 10. Допустимыми для прутков размерами до 60 мм являются баллы 1—6.

Большой объем контроля микроструктуры осуществляют в шарико- и роликоподшипниковой стали (ГОСТ 801—78). Структура перлита представлена десятью эталонами, из которых первые пять иллюстрируют равномерно распределенный мелкозернистый перлит, баллы 6 и 7 — крупнозернистый перлит с присутствием пластинча-того перлита, баллы 8—10 — грубопластинчатый перлит. Для стали ШХ15 допустимыми считаются эталоны с 1-го по 4-й, для стали ШX15C— с 1-го по 5-й. Оценка структурной полосчатости прово-дится на продольных микрошлифах толщиной 10—12 мм. Образцы отожженной стали закаливаются (845±5 °С, масло), отпускаются (150—160 °С, 1 ч) и травятся (15—20 с) в свежеприготовленном 4%-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте. Используют пятибалльную шлаку, построенную по принципу увеличения шири-ны структурных полос. В подшипниковых сталях проверяют также карбидную ликвацию. Образцы, отобранные для контроля структур-ной полосчатости, травят до сильного потемнения поверхности шли-фа и при увеличении X (90—110) сравнивают с фотоэталонами четырехбалльной шкалы по протяженности и размерам карбидов.

Контроль микроструктуры листов и ленты из углеродистой и малоуглеродистой стали регламентирован ГОСТ 5640—68. Оцени-вают структурно-свободный цементит, перлит, полосчатость и видманштеттовую структуру. Микрошлифы размером 30X40 мм выре-зают так, чтобы их плоскость совпадала с направлением волокон (продольные образцы). Оценку структурно-свободного цементита и перлита в малоуглеродистых сталях осуществляют при увеличении X (360—400), полосчатости и видманштеттовой структуры — при увеличении Х100. Шкала для оценки структурно-свободного цемен-тита в отожженной малоуглеродистой стали (углерода до 0,15%) построена в зависимости от количества, формы и расположения цементитных частиц и состоит из трех рядов и шести баллов; для оценки количества и характера расположения перлита в малоугле-родистой (углерода 0,10—0,30%) деформированной стали — два ряда и шесть баллов. Полосчатость структуры контролируется по ликвационной зоне из скоплений перлита или феррита. Шкала для оценки видманштеттовой структуры (два ряда, шесть баллов) в перлитных сталях построена по принципу возрастания количества и размеров игольчатых выделений феррита и величины зерна, опре-деляемой по ферритной сетке.

По ГОСТ 801—78, ГОСТ 5950—73, ГОСТ 1435—74 и ряду ТУ предусмотрен контроль карбидной сетки. Продольные образцы для контроля шарикоподшипниковой стали вырезают из центра заго-товки и закаливают, микрошлифы травят в 4%-ном растворе азот-ной кислоты в этиловом спирте, при увеличении Х500 их сопостав-ляют с пятибалльной шкалой. Образцы инструментальной легиро-ванной стали (ГОСТ 5950—73) вырезают на расстоянии не менее 20 мм от торца прутка (вдоль или поперек волокна) и закаливают с температуры, предусмотренной для данной марки стали. Травле-ные микрошлифы сопоставляются с шестибалльной шкалой. Шкала для оценки карбидной сетки в заэвтектоидных углеродистых инструметальных сталях (ГОСТ 1435—74) состоит из пяти фотоэталонов.

Контроль карбидной неоднородности (карбидной ликвации) ведут в быстрорежущих (ГОСТ 19265—73) и некоторых инструмен-тальных легированных (ГОСТ 5950—73) марках стали. По ГОСТ 19265—73 вырезают продольные образцы толщиной 10 — 12 мм на расстоянии не менее 30 мм от зоны смятия конца. Образ-цы подвергают закалке по режиму, установленному для каждой стали, и отпуску при 680—700 °С (1ч).

Микрошлифы травят в 4%-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте. В зависимости от формы поперечного сечения ста-ли карбидную неоднородность контролируют в круге на середине радиуса, в квадрате — на расстоянии 0,25 стороны квадрата, поло-су — на расстоянии 0,25 толщины от середины широкой стороны. При увеличении х (90—110) их сравнивают с двумя восьмибалль-ными фотоэталонами прилагаемых шкал. Балл карбидной неодно-родности каждого шлифа устанавливается как среднеарифметиче-ское из оценок пяти "худших полей зрения. Высоковольфрамовые стали оценивают по шкале 1, стали с низким вольфрамом и вольфрамомолибденовые — по шкале 2.

Карбидную неоднородность по ГОСТ 5950—73 контролируют на образцах как в состоянии поставки (после отжига), так и после закалки с отпуском по шкалам этого стандарта. По требованию по-требителей сталь марок 11ХФ, 13Х, 9X1, X, 12X1, 9ХС, В2Ф, ХГС, 9ХВГ, ХВГ, оценивают по шкале 6А ().

При контроле карбидной неоднородности на отожженных образ-цах применяется электролитическое травление в 10%-ном водном растворе щавелевой кислоты в режиме: плотность тока 40 А/дм 2 , время травления 30—40 с. Оценку проводят по наихудшему месту шлифа. Для стали размером до 25 мм просматривают всю плос-кость шлифа, для стали больших размеров — поле шлифа на поло-вине радиуса ±0,5 мм. Оценку осуществляют при увеличении х100.

Методы контроля ферритной составляющей (альфа-фазы) в аустенитных нержавеющих сталях установлены ГОСТ 11878—66. Образцы для металлографического контроля вырезают вдоль волок-на прутков. Микрошлифы подвергают электролитическому (в 10%-ном водном растворе щавелевой кислоты при комнатной температу-ре и плотности тока 0,03—0,08 А/см 2 в течение 20—40 с) или хими-ческому (реактив состава: по 20 мл воды и концентрированной соляной кислоты и 4 г медного купороса, при комнатной температу-ре, 8—10 с) травлению. Содержание альфа-фазы оценивают при увеличении X (280—320) по месту с наибольшим ее содержанием сравнением с двумя рядами фотоэталонов пятибалльной шкалы.

Контроль неметаллических включений (НВ).

Применяют сле-дующие металлографические методы оценки загрязненности сталей и сплавов неметаллическими включениями (ГОСТ 1778—70):

метод Ш (варианты Ш 1— Ш 4) — сравнение с эталонными шкала-ми, применяют для оценки деформированного металла;

метод К (варианты Kl—К2) — подсчет количества включений, применяют для деформированного и литого металла;

метод П (варианты П1 — П4) — подсчет количества и объемного процента включений, исполь-зуют для деформированного и литого металла;

метод Л (варианты Л1—Л2) —линейный подсчет включений для литья. Испытывают не менее шести образцов каждой плавки.

Оценку НВ деформиро-ванного металла методом Ш выполняют сравнением с эталонными шкалами при просмотре всей площади нетравленых шлифов с про-дольным направлением волокон, в зависимости от варианта оценки увеличение — х (90—110) или х (170—210).

Пятибалльная шкала классифицирует следующие виды НВ:

ок-сиды строчечные (ОС), оксиды точечные (ОТ), силикаты хрупкие (СХ), силикаты пластичные (СП), силикаты недеформирующиеся (СН), сульфиды (С), нитриды и карбонитриды строчечные (НС), нитриды и карбонитриды точечные (НТ) и нитриды алюми-ния (НА).

Если включения по форме и размерам не могут быть оценены одним из двух соседних баллов, допускается оценка в 0,5; 1,5; 2,5 и т. д. балла. Включения выше балла 5 оценивают знаком «Более» (>5). Оценку «нуль» ставят при отсутствии какого-либо вида включений, а также в том случае, когда включения более чем в два раза меньше по сравнению с баллом 1. Если в одном поле зрения встречается несколько видов включений, оценку делают по каждому виду включений в отдельности: Исключение составляют случаи, ког-да в одном поле зрения встречаются строчечные включения окси-дов, хрупких и пластичных силикатов и нитридов и точечные вклю-чения оксидов и нитридов. В обоих случаях оценку осуществляют совокупно, а результаты записывают по преобладающему виду включений.

В методе Ш предусмотрены два критерия оценки шлифа: по наиболее загрязненному месту шлифа (максимальный балл) и по количеству полей зрения с баллом 2 и более по каждому виду вклю-чений. Загрязненность плавки оценивается по четырем критериям: средний балл, подсчитанный как среднее арифметическое макси-мальных оценок каждого образца для каждого вида включений; средний и максимальный баллы и количество образцов с баллом выше максимального в процентах общего количества образцов; средний и максимальный баллы и количество образцов с макси-мальным баллом; количество полей зрения с баллом 2 и. более (раздельно по кислородным, сульфидным и нитридным включениям, отнесенным к площади 10 см 2).

При контроле загрязненности стали НВ методом К подсчитывают количество включений при увеличении х (170—180) на всей площа-ди шлифа с использованием окулярной шкалы с ценой деления 0,007±0,0005 мм. Применяют шлифы с продольным направлением волокна. Количество кислородных, сульфидных и нитридных вклю-чений определяется отдельно по пяти группам, число их может быть увеличено в зависимости от максимальных размеров включений. При контроле НВ таким методом существуют два критерия оценки загрязненности шлифа и плавки в зависимости от варианта: вари-ант К1 — критерием загрязненности шлифа является количество включений 1 — 5-й групп, плавки — количество включений каждой группы по площади 24 см 2 ; вариант К2 — за критерий загрязненно-сти шлифа принимается количество включений 2 — 5-й групп, плавки — количество включений каждой группы на площади 24 см 2 .

По методу П деформированный металл оценивают на шлифах поперек направления волокон, не допускается применение продоль-ных шлифов. Размер включений определяют с помощью окулярной шкалы и распределяют в зависимости от их площади по 13 группам (от 0,18 до 1444 делений окулярной шкалы в квадрате). Увеличение микроскопа устанавливается х300 (вариант П1), х400 (П2), х500 (ПЗ) и х 600 (П4). Критерием оценки загрязненности шли-фа является величина объемного процента и количество включений определенного размера, плавки — среднее арифметическое значение объемного процента каждого шлифа и количество включений опре-деленных групп на площади 100 мм 2 . Перед просмотром шлиф рас-черчивают от края до центра на пять равных зон. Набор полей зре-ния выполняют в зависимости от увеличения микроскопа. Для подсчета площади, занятой включениями на шлифе, количество включений каждой группы умножают на среднее значение площади включений данной группы и полученные произведения по всем группам суммируют. Содержание НВ в объемных процентах для плавки подсчитывают как среднее арифметическое определений всех образцов.

Методы выявления и определения величины зерна в стали.

Металлографическими методами (ГОСТ 5639—82) могут быть уста-новлены: склонность зерна к росту путем измерения его величины после нагрева при определенных температурно-временных условиях; кинетика роста зерна путем определения его величины в зависимо-сти от температуры нагрева и времени выдержки; величина факти-ческого (действительного) зерна при фиксированном состоянии металлопродукции.

Зерно аустенита при определении склонности к росту выявляется одним из следующих методов: цементацией, окислением, травлением границ зерен, по ферритной или цементитной сетке, по сетке троостита. Метод выявления зерна подбирают в зависимости от хими-ческого состава стали, цели испытания и в соответствии с НТД. По методам цементации и окисления зерно выявляют после травления шлифов по цементитной сетке и сетке окислов. Метод травления границ зерен аустенита применяют для углеродистых и легирован-ных сталей, закаливающихся на мартенсит или игольчатый троостит (бейнит), а также для сталей, в которых затруднено получение фер-ритной или цементитной сетки. В этом случае для выявления зерна шлиф травят в реактивах с добавлением алкилсульфонатных соеди-нений, которые содержатся в моющих средствах «Астра», «Но-вость», «Синтол» и др.

1)для сталей аустенитного класса, сплавов на никелевой и железоникелевой основе применяется химическое травление в реак-тиве Марбле (20 г медного купороса, 100 см 3 соляной кислоты, 100 см 3 этилового спирта);

2)для сталей аустенитного и мартенситного классов и сплавов на никелевой основе — электролитическое травление в течение 1 — 10 мин при напряжении на зажимах ванны 2—10 В в 1%-ном раст-воре щавелевой кислоты;

3)для сталей аустенитного и мартенсито-аустенитного клас-сов — химическое травление (смачивание поверхности шлифа ват-ным тампоном) в реактиве, состоящем из 50 см 3 соляной и 25 см 3 серной кислот, 10 г медного купороса и 50 см 3 воды;

4)для сталей аустенитного и мартенситного классов — электро-литическое травление в растворе, содержащем 75% азотной и 25% уксусной кислот при плотности тока 2 А/см 2 ;

5)для сталей мартенситного и мартенсито-ферритного клас-сов— химическое травление в течение 10—30 мин при нагреве до 70 °С в насыщенном водном растворе пикриновой кислоты с добав-лением 3—4% моющего средства («Синтол», «Экстра»);

6)для сталей ферритного класса химическое травление в 4%-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте или в 4—5%-ном растворе пикриновой кислоты в этиловом спирте или в 2%-ных азотной и пикриновой кислотах в этиловом спирте (режимы травле-ния подбираются экспериментально);

7)для сталей мартенситного класса — химическое травление в течение 15—60 с в 15%-ном растворе азотной кислоты в этиловом спирте или электролитическое травление с плотностью тока 0,4— 0,8 А/см 2 (для образцов, закаленных в масле, 1,5 А/см 2), время травления — 1 мин при комнатной температуре в 10%-ном водном растворе щавелевой кислоты.

Величину зерна определяют с помощью оптического микроскопа одним из следующих методов: визуальным сравнением зерен с эта-лонными изображениями шкал; подсчетом количества зерен, прихо-дящихся на единицу поверхности шлифа; измерением среднего условного диаметра зерен или количества зерен в 1 мм 3 . При методе сравнения используют увеличение х100; просматривают всю пло-щадь шлифа. Если встречают зерна двух или более номеров, то величину зерна этой стали обозначают двумя или более номерами. Величину равноосных зерен методом подсчета количества зерен, приходящихся на единицу поверхности шлифа, определяют на мато-вом стекле камеры микроскопа или на микрофотографиях, где огра-ничивают поле зрения окружностью диаметром 79,8 мм (соответ-ствует площади на шлифе 0,5 мм 2). Увеличение подбирают так, что-бы на исследуемой поверхности насчитывалось не менее 50 зерен.

Величину равноосных зерен методом измерения среднего услов-ного диаметра зерен или их количества в 1 мм определяют на мато-вом стекле или микрофотографии, где проводят несколько прямых линий произвольной длины в любом направлении. Длину линий выбирают с таким расчетом, чтобы каждая из них пересекала не менее 10 зерен, при этом увеличение подбирают так, чтобы на ис-следуемой поверхности было не менее 50 зерен. Подсчитывают точки пересечения прямых линий с границами зерен, после чего опреде-ляют суммарную длину отрезков в миллиметрах натуральной вели-чины на шлифе и суммарное число пересеченных зерен. Частное от деления первой суммы на вторую дает значение среднего условного диаметра зерна. В случае измерения величины зерен неравноосной формы на микрофотографиях с продольных шлифов проводят пря-мые линии по трем направлениям, соответствующим осям симмет-рии, из которых два должны быть взаимно перпендикулярными. Одна из прямых должна быть направлена параллельно оси вытяну-тых зерен. Количество зерен в 1 мм 3 определяют по известной фор-муле.

Контроль глубины обезуглероженного слоя.

Обезуглероженный слой металлографическими методами определяют в поверхностных или других слоях деформированной конструкционной и инструмен-тальной (углеродистые и легированные марки), быстрорежущей, рессорно-пружинной, шарикоподшипниковой сталей, содержащих не менее 0,3% углерода; в отдельных случаях проводят и на сталях с содержанием углерода менее 0,3%. В практике ЦЗЛ основным методом контроля является металлографический (различают три разновидности: М, Mlи М2). Распространены физические и хими-ческие методы. К физическим относятся замер термоэлектродвижу-щей силы (т. э. д. с.)» который применяют, главным образом, для шлифованной стали и стали серебрянки; изучение тетрагональности мартенсита рентгеноструктурным методом. К химическим — по-слойный анализ содержания углерода, определение углерода на вакуумных квантометрах и твердостные методы.

Металлографические методы предусматривают определение глубины обезуглероженного слоя по структуре. По методу М глуби-на слоя определяется на поперечных травленых шлифах в состоя-нии поставки; методом Ml(метод карбидной сетки) — на попереч-ных травленых шлифах, изготовленных из образцов, подвергнутых специальной термообработке и окрашивающему травлению; мето-дом М2 — на поперечных травленых шлифах, изготовленных на об-разцах, подвергнутых специальной термообработке. Отбирают образ-цы от прутков, труб, листов, лент и полос. Травление шлифа, за исключением метода Ml, осуществляют в 2—4%-ном растворах азотной или пикриновой кислот в этиловом спирте. Оно гарантирует четкое выявление структурных составляющих.

Различают зоны полного и частичного обезуглероживания. Об-щая глубина обезуглероживания включает обе зоны. Глубину определяют в миллиметрах или процентах по отношению к общей толщине проката или полуфабриката. Определение проводится при увеличении X(63—150), допускается увеличение х(200—500).

Контроль методом т. э. д. с. проводят на специальной установке. Металлический стержень, температуру которого с помощью нагре-вательного элемента поддерживают в интервале 150—160 °С, одним концом ставят на контролируемый образец. Измерительный прибор, соединенный со вторым концом стержня и образцом, регистрирует возникающую при этом т. э. д. с. Работу установки проверяют по эталонам, на которых заранее металлографическим методом опре-делено наличие или отсутствие обезуглероживания и установлена разница в показаниях прибора. Перед испытанием на образце гото-вится «лыска», обеспечивающая полное удаление обезуглерожен-ного слоя; проводят 5—10 замеров т. э. д. с. на поверхности образ-ца и 3—5 замеров вдоль по «лыске». Если разница в показаниях прибора на «лыске» и на поверхности не превышает установленной по эталонам величины, образец считают необезуглероженным. Контроль обезуглероживания методом замера твердости произво-дится для закаленных образцов на приборе Роквелла (ГОСТ 9013—59).