Курс «Основы выбора и применения материалов для трубопроводной арматуры»

Закалка также повышает и ударную вязкость сталей. Однако в сталях с азотом при концентрации ванадия более 0,5 % разница в вязких свойствах после литья и закалки уменьшается. Близкие значения величин KCV определяются одинаково мелким зерном в литом нетермообработанном состоянии и низкой растворимостью карбонитридов ванадия при нагреве под закалку.

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА ЛИТЕЙНЫЕ СВОЙСТВА

Основное влияние на литейные свойства оказывают элементы, обладающие повышенным химическим сродством к растворенным в расплаве кислороду и азоту. Из литейных свойств наиболее важными являются жидкотекучесть, трещинопоражаемость, линейная и объемная усадки. В модуле представлены зависимости жидкотекучести, общей длины горячих трещин, линейной усадки и объема открытой усадочной раковины от химического состава.

Самое существенное влияние на жидкотекучесть оказывают азот и хром. Жидкотекучесть падает при их легировании с другими легирующими, а наиболее сильно при совместном введении. Склонность к образованию горячих трещин определяется наличием марганца и азота. Самые высокие значения трещинопоражаемости (Г) имеют области составов с их максимальным содержанием. Линейная усадка зависит от концентрации ванадия и марганца. Снизить ее можно за счет уменьшения их общего содержания. На объем открытой усадочной раковины, помимо ванадия и марганца, оказывает влияние азот. Совместно они повышают величину объемной усадки (V) более 3,5 %. Никель не влияет на литейные свойства.

Значительное влияние элементов, обладающих повышенной химической активностью, на формирование литейных свойств, связано с образованием окисных плен и карбонитридов. Элементы, образующие прочные окисные плены, определяют в основном жидкотекучесть, а образующие карбонитриды – свойства, проявляющиеся при усадочных процессах.

ВЛИЯНИЕ ЛИТОЙ СТРУКТУРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ СТАЛЕЙ ПРИ КРИОГЕННЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Стали обычно сохраняют вязкий характер излома и разрушения вплоть до 20К. Хрупкое разрушение более характерно для образцов в нетермообработанном состоянии, а закалка увеличивает долю волокна в изломе. Характеристики ямочного рельефа на поверхности разрушения показывают, что высокие пластические и вязкие свойства наблюдаются при преимущественном диаметре ямок 15–40 мкм.

ВЛИЯНИЕ ДЕНДРИТНОЙ СТРУКТУРЫ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ

Оценку влияния дендритной структуры проводят по результатам сравнения механических свойств сталей с величинами размеров дендритов. Стали с одинаковой дендритной структурой могут иметь как вязкий, так и хрупкий излом, причем преимущественно в нетермообработанном состоянии. Вязкие и пластические свойства сталей мало зависят от степени развития дендритов, их размеров и ориентированности. Сопоставление механических свойств ряда сталей в литом и деформированном состоянии показывает, что пластические и вязкие свойства литых сталей остаются на уровне деформированных при комнатной температуре и существенно ниже при криогенных температурах.

Оценка структурных изменений в шлифах после закалки свидетельствует о том, что с повышением температуры закалки уменьшаются темные ликвационные зоны, как в сталях с дендритной, так и измельченной структурой. Это хорошо совпадает с изменением показателей пластичности и вязкости. Несмотря на измельчение дендритной структуры на 20–50 % при литье в кокиль, значения KCV сравнимы с ударной вязкостью образцов, кристаллизующихся при обычной скорости охлаждения.

ВЛИЯНИЕ НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ НА ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ

Основными включениями в хромомарганцевых сталях являются оксиды, карбонитриды, корунды и алюмосиликаты. Практически все они содержат сульфидную фазу. Свыше 90 % частиц содержат основные легирующие элементы и железо, что свидетельствует об определенной когерентности кристаллических решеток основного металла и включений. Преимущественное расположение алюмосиликатов и карбонитридов в межосных участках не приводит к охрупчиванию сталей.

На хрупких изломах количество неметаллических частиц практически равно числу включений на шлифах. Но их роль в развитии хрупкого разрушения, по всей видимости, незначительна. Так, анализ более 200 микрофрактограмм изломов не выявил практически ни одного случая, когда хрупкая трещина распространялась бы от включения, и далее образовывался бы вязкий участок излома. Часто при прохождении трещины около включений образовываются мелкие ямки или пластически продеформировавшиеся участки. Это свидетельствует о том, что в пластичных аустенитных сталях неметаллические включения способны быть релаксаторами напряжений за счет реализации пластической деформации задолго до подхода трещины.

ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОЙ НЕОДНОРОДНОСТИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ХАРАКТЕР РАЗРУШЕНИЯ

В структуре хромомарганцевых сталей сильно развита дендритная ликвация. Коэффициенты ликвации вычисляются по отношению между концентрациями компонентов в осях дендритов и межосных участках. Для сравнения берутся характеристики ликвации серы в сталях 12Х19Н10ТЛ, которая составляет до 19,9, табл.1.1.