2.3. Дефектные структуры, сформированные при механическом воздействии
2.3.1. Полосчатая структура
Это - структура горячедеформированной стали, в которой структурные составляющие - феррит и перлит располагаются не равномерно по объему, а раздельно более или менее широкими чередующимися участками (полосами).
Горячую пластическую деформацию углеродистых сталей проводят в аустенитном состоянии, прекращая деформацию при 850…900 0С.
Полосчатая структура образуется в низко - и среднеуглеродистых горя-чедеформированных доэвтектоидных конструкционных сталях по следующим основным причинам:
1. неравномерное загрязнение стали неметаллическими включениями, серой и фосфором и сильно выраженная первичная дендритная ликвация исходной литой стали, которая не устраняется ни нагревом, ни горячей пластической деформацией. Из-за этого горячедеформированный металл «наследует» особенности макро- и микроструктуры литого металла, связанные с неоднородностью его химического состава. При горячей обработке давлением зерна аустенита вытягиваются вдоль направления течения металла. Неметаллические включения, расположенные на границах этих зерен, вытягиваются в том же направлении, сохраняя свою сплошность, если они пластичны (например, сульфиды марганца, окси сульфиды) - рис.2,а, либо образуют цепочки, если включения недеформируемы - рис.2,б. Приграничные с аустенитом зоны, обогащенные растворенным фосфором, также ориентируются в направлении течения металла. Несмотря на то, что деформированные зерна аустенита во время горячей деформации испытывают рекристаллизацию, в металле сохраняется преимущественная ориентация неметаллических включений и участков, обогащенных фосфором (из-за его низкой диффузионной подвижности) и обедненных углеродом. Феррит, зарождаясь на вытянутых включениях и в приграничных с аустенитом зонах, образует скопления своих вытянутых зерен (полос) – рис.3.
2. режим термической обработки. При медленном охлаждении от температуры аустенитизации вытянутые оси дендритов, обогащенные углеродом, превращаются в перлитные полосы, а в межосных пространствах по зонам ликвации образуются ферритные зерна, вытянутые по направлению деформации.
Рис 2. Неметаллические включения в деформированной стали. Нетравленые шлифы, ×100: а – вытянутые пластичные включения; б – цепочки недеформируемых включений
после горячей деформации, ×100
3. нарушение режима техпроцесса горячего деформирования, когда температура окончания обработки давлением лежит в интервале температур Аr3(:линия GS ) - Аr1 (линия PSK), т. е. в двухфазной области Ф + А,
Полосчатость обусловливает нежелательную значительную анизотро-
пию механических и других свойств: худшие прочность, пластичность и вяз-
кость в поперечном и высотном направлении по сравнению с основным направлением деформации. В некоторых случаях эту анизотропию удается использовать, конструируя изделие так, чтобы при эксплуатации было задействовано именно направление с наивысшими свойствами.
Соблюдение температурного режима деформирования и повышение скорости охлаждения после деформации препятствует образованию полос феррита и перлита.
Исправить такую структуру можно диффузионным отжигом.
Однако, полосчатость, вызванная неметаллическими включениями, отжигом не исправляется.
Ослабить склонность к образованию полосчатой структуры можно путём уменьшения содержания фосфора и серы в стали.