ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Термодинамика процессов, приводящих к охрупчиванию из "Обратимая отпускная хрупкость стали и сплавов железа " Большая часть гипотез первой группы, проанализированная в работах [1, 21, 35, 266, 267], связывает развитие отпускной хрупкости стали либо с распадом пересыщенного при закалке твердого раствора и выделением новой фазы по границам зерен, либо с дополнительным выделением карбидной фазы по границам вследствие более низкой растворимости углерода в а-фазе при температурах ниже температуры предварительного высокого отпуска. [c.63] Следует отметить, что в указанных работах охрупчивающей обработке подвергали закаленную сталь без предварительного высокого отпуска или после короткого (не более 2 ч) отпуска, поэтому хрупкое и вязкое состояния различались не только критической температурой хрупкости, но и уровнем прочности - охрупчиванию соответствовало упрочнение, что не характерно для классической обратимой отпускной хрупкости. По-видимому, перечисленные механизмы могут давать определенный вклад в охрупчивание стали, однако лишь в случае неравновесной структуры, а с увеличением продолжительности высокого отпуска, т.е. при стабилизации структуры, их вклад должен уменьшаться. Несмотря на то, что эти механизмы могут быть реализованы, они не объясняют роли примесей и легирующих элементов в развитии хрупкости. [c.63] В соответствии с моделью неоднородного карбидообразования [1] при отпуске закаленной легированной стали вследствие более быстрого распада пересь1щеНного твердого раствора на границах зерен концентрация карбидообразующих элементов в феррите вблизи границ падает быстрее, чем в феррите объема зерна, приближаясь к равновесной, и остается ниже средней концентрации этих элементов внутри зерна в течение времени, зависящего от состава стали и температуры отпуска. Предполагается, что в обедненных карбидообразующими элементами приграничных зонах понижается термодинамическая активность фосфора. поэтому фосфор диффундирует в эти зоны. Влияние некарбидообразующих элементов в рамках этой модели является косвенным. Никель, например, ускоряет падение растворимости фосфора с понижением температурь , что связывается с повышением его термодинамической активности, усиливающим, в свою очередь, влияние неоднородностей твердого раствора на распределение фосфора. Влияние других элементов может быть обусловлено изменением поверхностной энергии и избыточной энергии границ зерен, размера аустенитного зерна, сопротивления начальной пластической деформации, т.е. изменением фона, на котором развиваются основные (в рамках этой модели) процессы, ответственные за охрупчивание - неоднородное карбидообразование и перераспределение фосфора и его аналогов. [c.64] Таким образом, наиболее важными для понимания принципиальных закономерностей обратимой отпускной хрупкости являются г и п о т е-зы третьей группы. [c.66] Наиболее развитыми среди них являются две модели конкурентной оегрегации фосфора и углерода 3, 99, 122] и совместной сегрегации фосфора (и его аналогов) и легирующих элементов [33, 34, 47]. [c.66] Идея о конкурентной сегрегации атомов Р и С на границах зерен, выдвинутая около 20 лет назад [122], получила затем экспериментальные подтверждения [3, 29, 99] при изучении отпускной хрупкости твердых растворов Ре — С и малоуглеродистых ( 0,1 % С) сталей с контролируемыми добавками фосфора и легирующих элементов. Экспериментальные данные, подтверждающие возможность конкурентной сегрегации, систематизированы и подробно обсуждены с целью определения условий проявления такого эффекта и его роли в развитии обратимой отпускной хрупкости. Состав сплавов, при исследовании которых были получены указанные данные, приведен в табл. 1. [c.67] Отметим, что восприимчивость к отпускной хрупкости (ВХ) определена [3, 29, 99] по температурно-временным диаграммам охрупчивания, впервые использованным для систематического анализа роли Р, С и легирования. При этом установлено, что без построения таких диаграмм получить достоверную (даже качественную) оценку восприимчивости чрезвычайно трудно, в частности потому, что температура максимального развития охрупчивания (Г ) в ряде случаев повышается до 600-700°С, т.е, до температуры отпуска, который используют обь1чно для получения вязкого состояния при изучении отпускной хрупкости конструкционных сталей. [c.67] Учет этих эффектов позволил получить достоверные значения восприимчивости к отпускной хрупкости, определяемой как относительное уменьшение пластичности ф (или прочности при ф = 0) при статическом растяжении при —196 С. [c.68] Концентрацию (степень заполнения в ) фосфора на границах зерен в тех же сплавах исследовали методом внутреннего трения [3, 29, 122]. Полученные результаты представлены на рис. 18. На врезке дана следующая из гипотезы конкуренции идеализированная схема изменения в и восприимчивости и хрупкости. [c.68] Экспериментальные данные качественно соответствуют этой схеме зернограничная концентрация фосфора в и охрупчивание увеличиваются с ростом отношения концентраций фосфора и углерода в сплавах [Р]/[С], а при равных значениях [Р]/[С] сегрегация Р и охрупчивание усиливаются при легировании карбидообразующими элементами и ослабляются при легировании никелем и кремнием. [c.68] Зависимость восприимчивости к отпускной хрупкости ВХ Ы и равновесной концентрации Ь фосфора на границах зерен после отжига при 650°С(5) и при температуре Т максимального развития хрупкости (в) от отношения концентраций фосфора и углерода [Р]/[С] и характера легирования. Цифры указывают номера сплавов из табл. 1. [c.69] Заметим, что единственный параметр [Р]/[С] не отражает различных форм существования углерода в сплавах (в твердом растворе, в карбидных включениях на границах зерен и в зерне и т.п.), количественно несомненно, по разному влияк щих на межкристаллитную адсорбцию фосфора. Успешное использование этого параметра при анализе корре-ляции между сегрегацией фосфора, хрупкостью и химическим составом (см. рис. 18) оправдано близкими структурой и интервалами изменения [С] для исследованных различно легированных сплавов, а также тем, что адсорбции фосфора может препятствовать не т ько межкрис-таллитная адсорбция углерода из а-раствора, но и повышенная плотность мелких ( Ю см) карбидных включений на границах зерен ( конкуренция с карбидами ). [c.70] Модель конкуренции получила прямые экспериментальные подтверждения в работах [15, 124], в которых методом Оже-спектроскопии рассмотрено влияние углерода и легирующих элементов на меж-кристаллитную адсорбцию фосфора в твердых растворах осжелеза. [c.70] Из рис. 19 видно, что с ростом содержания углерода в сплаве Ре — Р — С концентрация углерода на границах зерен нарастает, а фосфора — за счет этого падает, что приводит к ослаблению интеркристаллитной хрупкости. [c.70] Влияние некарбидообразующего легирующего элемента никеля оказалось более сложным. [c.71] Установлено [15], что в безуглеродистом а-железе с 0,05 % Р и 0,5— 7 % N1 концентрация фосфора на границах снижается, а никеля - нарастает по мере повышения сод жания N1 в сплавах, т.е. никель, по-видимому, также способен вытеснять фосфор с границ зерен. Концентрация фосфора на границах в а-железе с 3,5 % N1 заметно ниже в сравнении со сплавом Ре — Р (рис, 21). Введение 0,26 % С в сплав с никелем вызывает еще большее снижение сегрегации фосфора [15]. К сожалению, в работе [15] не приведены данные об объемном содержании углерода и его концентрации на границах в безуглеродистых сплавах Ре — N1 — Р, что затрудняет сопротивление с Ре Р и Ре — Сг — Р сплавами. По-видимому, в Ре — N1 — Р сплаве содержится около 10 % С, т.е. столько, сколько указано [124] для Ре -- Р и Ре — Сг -Р сплавов, выплавленных из той же шихты в тех же условиях. Уже при такой объемной концентрации, как видно из, рис. 19, углерод может конкурировать с фосфором на границах. Тогда результаты, представленные на рис. 21, могут быть непротиворечиво объяснены в рамках моде ли конкуренции . При такой трактовке найденное [15] уменьшение концентрации фосфора на границах с увеличением объемного содержания N1 отражает не конкуренцию между Р и N1, а обострение конкуренции фосфора с остаточным углеродом. При этом некоторое повышение концентрации N1 (количественные данные в работе [15] не приведены] может быть связано с химическим взаимодействием Р и N1, усиливающим в соответствии с представлениями [47], подробно рассмотренными ниже, сегрегацию N1. [c.71] Вернуться к основной статье