ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Тепловая хрупкость из "Диагностика металлов " Тепловой хрупкостью называется явление охрупчивания стали вследствие длительного воздействия повышенных температур (250-550 С), вызывающих снижение когезивной прочности границ зерен вследствие сегрегации примесей по границам зерен и выделения по этим границам частиц дисперсной фазы. К числу вредных примесей, сегрегирующих по границам зерен, субзерен и раздела фаз, относятся фосфор, мышьяк, сурьма, олово и некоторые другие химические элементы. [c.156] Развитие тепловой хрупкости выявлено в сталях разного состава и термообработки. Прирост критической температуры хрупкости существенным образом зависит от температуры и длительности эксплуатации конструкции (рис. 4.18). Наибольший прирост охрупчивания происходит за первые 1000 ч выдержки в диапазоне температур охрупчивания [104]. Тепловое охрупчивание выявляется также в чистых сталях, в том числе после электрошлакового переплава (рис. 4.19). [c.156] Сегрегационное обогащение примесями границ структурных элементов и раздела фаз. [c.156] Столь сложные процессы структурных изменений протекают с разной степенью интенсивности в зависимости от температуры, ее длительности, исходной структуры, химического состава, в том числе содержания вредных примесей. [c.157] На рис. 4.20 видно, что карбиды располагаются цепочкой вдоль границ бывших реек мартенсита и бейнита. Приведена электронная фрактограмма хрупкого излома стали 10ХСНД после закалки в воде, высокого отпуска и последующей 5000-ч выдержки при 400 С. [c.157] Типичная картина влияния типа структуры на склонность к тепловой хрупкости стали 10ХСНД приведена на рис. 4.21 [99]. Сталь 10ХСНД с исходной структурой сорбита отпуска в большей степени подвержена охрупчиванию, чем та же сталь с феррито-перлитной структурой. [c.157] Изменение температуры нагрева при аустенитизации, что свойственно разным участкам около-шовной зоны, практически не влияет на склонность к тепловой хрупкости. Наибольший прирост критической температуры хрупкости Г50 выявляется за первые 1000 ч выдержки. [c.158] Максимум теплового охрупчивания сталей проявляется в диапазоне 400-450°С (рис. 4,22). С ростом выдержки до 10000 ч и больше максимум охрупчивания сталей смещается в область более низких температур. Наибольшей склонностью к тепловой хрупкости обладают кремиий-марганцовистые стали, а наименьшей - стали с молибденом. [c.158] В сварных соединениях сталей с феррито-перлитной структурой степень теплового охрупчивания металла около-шовной зоны и особенно сварного шва суп ественно выше, чем основного металла. Степень охрупчивания металла возрастает по мере повышения в его структуре продуктов промежуточного (бейнит) и особенно сдвигового превращения (мартенсит). В этих условиях режимы сварки, вызывающие появление в стали закалочных структур, обусловливают повышенную склонность сварных соединений к тепловой хрупкости. [c.158] Из сопоставления рис. 4.24 и табл. 4.8 следует, что вариация химического состава стали и условий сварки, обусловливая изменение структуры металла, соответственно вызывает изменение ее склонности к тепловой хрупкости. По существу, степень охрупчивания металла - плавочная, а не марочная характеристика стали. В реальных условиях изготовление и ремонт конструкций по режимам, вызывающим появление в сварном соединении закалочных структур, приведут к росту степени охрупчивания сталей в условиях длительного термического воздействия. [c.160] Вместе с появлением в структуре закалочных структур возрастает склонность стали к развитию межкристаллитной хрупкости (табл. 4.9). Наиболее склонен к ослаблению границ кристаллитов пластинчатый мартенсит. [c.160] Следует ожидать, что наклеп например, зоны гиба на трубопроводах, обусловливает протекание процессов охрупчивания при более низких температурах. [c.162] Существенная особенность состояния тепловой хрупкости сталей разных составов и структур - распространение хрупких трещин по границам структурных элементов зерен, субзерен, пакетов реек мартенсита и т.д. [56]. Металлографическое исследование структуры стали на травленых шлифах (рис. 4.27) после охрупчивания не выявляет каким-либо образом ослабленых границ зерен. [c.164] Типичные электронные фрактограммы хрупких изломов сталей с разными типами структур приведены на рис. 4.28. В термоулучшенных сталях распространение хрупких трещин может происходить как по границам бывших пакетов мартенсита (бейнита), так и йо границам бывших зерен аустенита (рис. 4.28, б, в). В последнем случае такая ситуация наблюдается, как правило, при существенной степени охрупчивания. В сталях с феррито-перлитной структурой распространение хрупких трещин происходит по границам зерен феррита и колоний перлита (рис. 4.28, а). [c.164] Наблюдается тесная корреляционная связь между приростом уровня критической температуры хрупкости и долей межкристаллит-ного (межзеренного) разрушения в хрупких зонах изломов. [c.164] Из уравнения (4.1) следует, что при постоянном размере кристаллита (зерна) критическая температура хрупкости линейно зависит от отношения (1-4 )/( + / ) [46]. Линейный тип связи Tjq с отношением (1-4)/(1+4) свойствен сталям после разных режимов термообработки (отпуска) и сварки (рис. 4.30). При построении зависимости Tgr, от (1-4)Д1 + 4) для стали 2,25 Сг-1 Мо использовали табличные данные [102]. Для конструкционных сталей в термоулучшенном состоянии (закалка + высокий отпуск) коэффициент пропорциональности k в зависимости от fe (l-4)/(l-i-4)варьируется от 80 до 270 С [46]. Вариация значений k обусловлена изменением механизма распространения хрупких трещин. При значительном зернограничном охрупчивании (f 65%) распространение треш ин происходит предпочтительно по границам бывших зерен аустенита. [c.165] Поскольку при определении степени охрупчивания стали анализируется хрупкий излом, то стало возможным использовать в качестве образца микропробы [3,4]. Последние с целью получения хрупкого излома охлаждают до температур на 50... 100 °С ниже порога хладноломкости. [c.166] Снижение когезивной прочности границ зерен в диапазоне температур развития тепловой хрупкости приводит к существенному снижению характеристик трещиностойкости. [c.166] На рис. 4.31, а представлены результаты влияния охрупчивания термоулучшенной стали 10ХСНД-Ш после 2000 ч выдержки при 340 С и 4000 ч при 460 °С на вязкость разрушения Особенно резкое смещение температурной зависимости происходит после охрупчивания стали на 85 °С (кривая 3). Кривые доли волокна в изломе испытанных образцов (рис. 4.31, б) также показывают существенное смещение в область более высоких температур в результате развития в металле тепловой хрупкости. [c.167] Из приведенного выражения следует, что критический коэффициент интенсивности напряжений не зависит от размера зерна феррита, но зависит от степени ослабления когезивной прочности границ зерен, оцениваемый по доле межкристаллитного разрушения. Линейная зависимость от 1-/ (рис. 4.32) экспериментально установлена для явления тепловой хрупкости в толстолистовой стали 10Х2ГНМ, подвергнутой в процессе изготовления сосуда давления закалке и многократному отпуску [106]. [c.167] Вернуться к основной статье