2.1.2. Дендритная структура
Это - структура отожженного после литья сплава, частично имеющая тем не менее дендритное строение, когда в межосных пространствах дендритов расположены равноосные зерна другой структурной составляющей. Такое строение свидетельствует о недостаточном отжиге литого сплава с сильно выраженной и неустраненной отжигом остаточной дендритной ликвации.
Такая структура может образовываться после гомогенизирующего отжига в металлах и сплавах с сильной «наследственностью» литой структуры, которая обусловливается присутствующими в металле нерастворимыми примесями и неравномерным распределением компонентов сплава по сечению слитка (отливки) и отражает первичную структуру сплава.
Например, в стали после недостаточного отжига и вторичных фазовых превращений при охлаждении межосные пространства превращаются в феррит, в котором растворен ликвировавший фосфор, наряду с которым здесь же сосредоточены неметаллические включения, а оси дендрита, обогащенные углеродом, превращаются в перлит;. Таким образом, перлитные участки образуют как бы сетку или петли, внутри которых находятся целые группы ферритных зерен (рис.1).
Рис.1. Неустраненная дендритная ликвация в отливке стали 35, ×100
Дендритная ликвация, неустраненная отжигом, понижает пластичность стали и сплавов, что ухудшает их деформируемость, а также понижает температуру солидус сплава, и тогда при быстром нагреве под закалку или обработку давлением изделие может частично оплавиться в местах с неравновесно образовавшейся легкоплавкой эвтектикой.
Структура сетчатого перлита в стали и дендритная структура сплавов считается дефектной. Она исправима повторным длительным гомогенизирующим отжигом.
2.2. Дефектные структуры, сформированные при термическом воздействии
2.2.1. Структура литой и перегретой стали (видманштеттова структура1)
Характерным признаком видманштеттовой структуры является крупнозернистость и ориентированное направленное расположение пластин феррита в доэвтектоидной или цементитных игл в заэвтектоидной стали относительно зерен другой структурной составляющей сталей – перлита.
Такая структура может образовываться в ускоренно охлаждаемых сталь-
ных заготовках после их нагрева до высоких температур (доэвтектоидная сталь - выше А3, заэвтектоидная сталь - выше Асm) и длительного пребывания в однофазной области аустенита или в деталях и изделиях, продолжительно работающих при высокой температуре (изложницах, ящиках для цементации, деталях паровых котлов и т. д.), т.е. в перегретой стали; а также в крупных стальных отливках и сварных соединениях.
В перегретых сталях структура заготовок или изделий перед охлаждени-
ем – крупнозернистый аустенит. Такую же структуру имеют после окончания кристаллизации массивные слитки и отливки. Ускоренное охлаждение (большой градиент температуры) создает условия для протекания фазовых превращений: А → Ф в доэвтектоидной и А → ЦII в заэвтектоидной стали по принципу размерного и структурного соответствия, когда зародыши феррита или цементита возникают на границах зерен аустенита и развиваются по определенным кристаллографическим плоскостям, т.к. в этом случае закономерная ориентировка новых фаз способна уменьшить энергию некогерентной границы между ними и исходной фазой – аустенитом. Избыточный феррит в доэвтектоидной стали выделяется не только на границах, но и внутри крупных зерен аустенита, т.к. мест для зарождения его кристаллов на границах особенно мало. При этом пластины, возникшие внутри аустенитных зерен, лежат вдоль плоскостей {111} решетки аустенита.
Сталь с видманштеттовой структурой ввиду ее крупнозернистости и пластинчатого ориентированного строения структурных составляющих имеет низкие механические свойства, главным образом низкую ударную вязкость, что повышает опасность хрупкого разрушения.
Видманштеттову структуру можно и необходимо устранить нормализа-
цией: повторным оптимальным нагревом на 50…70 оС выше температур А3 (линия GS) - доэвтектоидные стали или Асm (линия SE) -заэвтектоидные стали и охлаждением на воздухе. В зависимости от целесообразности заэвтектоидные стали подвергают взамен нормализации сфероидизирующему отжигу при 760…790 оС.
1А.Р. Видманштеттен – австрийский ученый, описавший в 1808 г. эту структуру в железных метеоритах.