Модели отпускной хрупкости

МОДЕЛИ ОТПУСКНОЙ ХРУПКОСТИ [c.62]

В пользу модели конкуренции свидетельствуют и данные, обобщенные в работе [1], о том, что стали, легированные только некарбидообразующими элементами (Ni и Si), при равном содержании фосфора, как правило, значительно менее склонны к отпускной хрупкости, чем легированные только карбидообразующими (Сг, Мп), Вместе с тем, обнаруженный [99] при исследовании нелегированных и легированных Мп и Сг твердых растворов Fe — Р — С эффект "низкотемпературной обратимости" отпускной хрупкости, который рассматривается как одно из проявлений "конкуренции", в сталях, по-видимому, не проявляется [2]. [c.73]

Механизм формирования зернограничного примесного пика, используемого для изучения сегрегации фосфора по границам зфен в стали и сплавах железа при развитии обратимой отпускной хрупкости, связан с изменением равновесного распределения примесей между объемом и границей зерна под влиянием упругой деформации. Возникающие при периодической упругой деформации диффузионные потоки примесных атомов из границы в зерно и обратно отстают по фазе от приложенного напряжения, что и приводит к появлению максимума внутреннего трения. Граница зерна в этой модели рассматривается просто как фаза, растворимость примеси в которой отличается от растворимости в зерне, и какие-либо предположения о структуре границы и механизме сегрегации примеси не используются. [c.26]

Наконец, косвенным методом изучения свойств приграничных зон зерен, обогащенных при развитии отпускной хрупкости атомами примесей, можно считать выбор в качестве объекта исследования аморфных металлических сплавов. Этот метод основан на отмеченной в работах [217, 268] аналогии между структурой и химическим составом аморфных сплавов на основе железа, которые в качестве аморфк заторов содержат 10—20 % металлоидных элементов, в частности фосфора, и границ зерен (в кристаллических сплавах железа), обогащенных теми же элементами примерно до таких же концентраций и имеющих структуру и свойства, описываемые так же как и структура аморфных сплавов в терминах полиэдров Бернала [176]. Так, в предположении, что аморфный сплав 682 8 является макроскопической моделью границ зерен, обогащенных фосфором, в кристаллическом сплаве Ре — Р, была проверена и подтверждена [217] гипотеза о влиянии зернограничной сегрегации фосфора (обусловленной, например, развитием отпускной хрупкости) на накопление атомарного водорода в местах выхода границ зерен на поверхность сплава, находящегося в водородсодержащей среде. По-видимому, этот метод может быть успешно применен и для решения других задач, связанных с исследованием свойств обогащенных границ зерен. [c.29]

Так, в соответствии с моделями, рассматриваемыми в работах [1, 14], 8 которых для протекания охрупчивания необходимы процессы карбидообразования, наличие углерода в стали является одним из ре шающих факторов развития хрупкости. Противоположная трактовка влияния углерода дается моделью конкурентной сегрегации [3, 99], в соответствии с которой углерод уменьшает охрупчивание, сегрегируя по границам зерен и вытесняя с границ охрупчивающую примесь. Наконец, согласно моделял в рамках которых для развития хрупкости не являются необходимыми ни сегрегация углерода, ни процессы карбидообразования (например, модель совместной равновесной сегрегации примесей и легирующих элементов [47]), нет непосредственного влияния углерода на склонность сплава к отпускной хрупкости. [c.53]

Отметим, что воздействие углерода на процесс и результаты охрупчивания определяется не только его возможным непосредственным воздействием с охрупчивающими примесями, но и в значительной степени зависит от характера и механизмов влияния легирующих элементов — как карбидообразующих, так и некарбидообразующих. По-видимому, в различных условиях могут быть реализованы различные механизмы (см. гл. II), и вследствие этого роль углерода представляется достаточно сложной и неоднозначной, зависящей от соотношения концентраций примесей, легирующих элементов и углерода. Поэтому к обсуждению такого взаимосвязанного влияния различных компонентов стали мы вернемся в гл. II в связи с рассмотрением основных моделей обратимой отпускной хрупкости. [c.54]

Гипотезы о природе обратимой отпускной хрупкости можно разделить на три основные группы. К первой группе относятся гипотезы, связывающие развитие хрупкости только с процессами карбидообразования в стали и не учитывающие влияние примесей. Вторую группу составляют гипотезы, согласно которым хрупкость обусловлена сегрегацией примесей на границах зерен и других внутренних поверхностях раздела сегрегация в рамках этих гипотез имеет не адсорбционную природу, а кинетическую, являясь следствием каких-либо переходных процессов, развивающихся до или во время охрупчивающей обработки. Третья г р у п п а включает в себя модели, в основе 62 [c.62]

Поскольку использование новых методов исследования поверхности позвошло надежно установить (см. гл. I), что обратимая отпускная хрупкость связана с зернограничной сегрегацией примесных элементов, после 1970 г. в литературе редко обсуждались распространенные ранее гипотезы перврй группы, отрицающие или не учитывающие влияние примесей. Как правило, обсуждения такого рода касались процессов охрупчивания при отпуске, не относящихся непосредственно к явлению обратимой отпускной хрупкости. Так, авторы работ [16,112-117], в которых трактовка природы охрупчивания близка к моделям первой группы, видят причинь охрупчивания в процессах выделения мелкодисперсных карбидных фаз как при дисперсионном твердении [112] в перестройке карбидной фазы от цементита к специальным карбидам [113] в образовании протяженных границ, на и вблизи которых достигается повышенная (критическая) плотность частиц карбонитридов и цементита [114—116] в увеличении размеров субзерен и преимущественном выделении карбидов на границах крупных субзерен [16,117]. [c.63]

Недавно показано, что вытеснение с границ зерен углеродом охрупчивающей примеси может происходить и в системе Fe — Sn — С [127], Таким образом, для твердых растворов а-железа или низкоуглеродистых ( Ч),1 % С) сталей феноменологическЭя модель "конкуренции", по-видимому, может служить основой для объяснения закономерностей межзеренной адсорбции фосфора (и его аналогов) при развитии отпускной хрупкости и влияния легирующих элементов. [c.72]

Перейдем теперь к анализу модели "совместной сегрегации" Гуттмана [33, 34, 47], в которой основное внимание уделено химическому взаимодействию фосфора и его аналогов с легирующими элементами, способному усиливать адсорбцию охрупчивающих примесей на границах зерен. Отметим, что в отличие от гипотезы конкуренции (получившей прямые экспериментальные подтверждения для твердых растворов Ре — Р - С), работоспособность которой для сталей в настоящее время менее очевидна, гипотеза совместной сегрегации (например, N1 с Р или 8Ь, 5п) целиком базируется на экспериментальных данных, полученных для сталей. Как показывают результаты прямых измерений [15, 124, 129], в твердых растворах (например, Ре — N1 — Р и Ре — Сг — Р) нет явных признаков "совместных" взаимоусиливаю-щих сегрегаций легирующих элементов и фосфора. Это позволяет предполагать, что повышение концентрации легирующих элементов на границах зерен сталей при развитии отпускной хрупкости может быть связано Не только с взаимодействием с ними фосфора и его аналогов, но и с процессами карбидообразования. Что касается карбидообразующих элементов, например хрома, то по данным о химических связях Ср С на границах (полученным методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии [63]), и о широкой см) области, обогащенной хромом у границ зерен хромистых сталей (Оже-спектроскопия с послойным стравливанием), следует, что хром на границах присутствует не в в виде равновесных сегрегаций, а, по-видимому, полностью связан в карбиды, Некарбидообразующий элемент N1, как показано в [48, 51], сегрегирует у границ зерен в широкой зоне 15 нм, т.е. сегрегация также является неравновесной, что может быть обусловлено вытеснением N1 из растущих на границах карбидов [120], [c.74]

Допущение о взаимодействии адсорбированных атомов между собой лежит также в основе модели Гуттмана [47], предложенной для описания совместной зернограничной сегрегации примесей и легирующих элементов при развитии отпускной хрупкости в многокомпонентных сплавах. [c.83]

Впервые такой подход испопьзовал Си [53], построив диаграмму изотермического охрупчивания для стали 5АЕ 3140 (типа 20ХНЗМ). Выбор этой стали для теоретического расчета был обусловлен тем, что для нее детально исследованы [10] температурные и кинетические закономерности охрупчивания при изотермических выдержках в интервале температур отпускной хрупкости, а построенная по экспериментальным данным диаграмма ее охрупчивания [10] стала классическим примером С-образной формы изотермических диаграмм обратимой отпускной хрупкости сталей и сплавов железа. Кроме того, химический анализ использованных для построения экспериментальной диаграммы образцов показал [53], что единственной примесью в этой стали, количество которой достаточно для того, чтобы вызвать заметное охрупчивание, является фосфор. Это позволило использовать модель совместной равновесной зернограничной сегрегации фосфора и никеля, не учитывая охрупчивающее влияние других примесей. [c.98]

Таким образом, модель совместной равновесной зернограничной сегрегации примесей и легирующих элементов позволила получить количественное объясуеИие основных особенностей развития обратимой отпускной хрупкости низколегированных Сг — N1 — Мо сталей монотонной кинетической и экстремальной температурной зависимостей охрупчивания узкого температурного интервала максимального охрупчивания и его повышения при увеличении в стали концентраций примеси и совместно с ней сегрегирующих легирующих элементов возрастания максимально достижимого охрупчивания с понижением температуры замедления охрупчивания при наличии молибдена в стали быстрого восстановления "вязкого" состояния стали при повторном высоком отпуске значительного охрупчивания стали с высоким содержанием фосфора уже в исходном "вязком" состоянии. Построенные расчетнь1М путем изотермические и термокинетические диаграммы охрупчивания позволили прогнозировать развитие обратимой отпускной хрупкости Сг — N1 Мо сталей в широком диапазоне температур и длительностей охрупчивающих выдержек, а также скоростей охлаждения после высокого отпуска. [c.105]

Дее наиболее актуальные гипотезь о природе обратимой отпускной хрупкости - модели совместной сегрегации примесей и легирующих элементов и конкурентной сегрегации примесей и углерода — на первый взгляд кажутся в значительной степени противоречащими одна другой или, по крайней мере, альтернативными. В первой модели вовсе не рассматривается конкуренция охрупчивающей примеси с углеродом на границах зерен, во второй же этому обстоятельству придается решающее значение, а взаимодействие примеси с легирующим элементом, - основное положение первой гипотезы, — игнорируется. [c.105]

Устранение межзеренной хрупкости с ростом концентрации углерода в твердом растворе, С-образный характер термокинетических кривых межзеренного охрупчивания при отжиге и низкотемпературнаЯ <обрати-мость хрупкости, обязательным условием для проявления которой является присутствие "полезной" примеси - углерода, а также обратимость отмеченных эффектов соответствуют прогнозам, вытекающим для системы Ре — Р — С из модели "конкуренции". Для сравнения экспериментальных зависимостей сопротивления межзеренному разрушению от температуры адсорбционного отжига и концентрации примесей Р(Т, Сд, Сд) с рассчитанной зависимостью (Г, С) необходимо знать энергию связи атомов фосфора Рд и углерода Рд с границами зерен а-железа. Для углерода по данным [164] при 773—873 К =0,б5эВ. Для фосфора Рд при температурах, близких к температуре максимального развития отпускной хрупкости в сплавах Ре — Р и Ре — Р - С, определена из измерений концентрационной зависимости зернограничного внутреннего трения в твердых растворах с 0,0027-1,2 % (ат.) Р [166, 167]. [c.130]

Дл объяснения влияния отпускной хрупкости на вязкое разрушение Кинг и Нотт предложили модель объединения и роста микропор, позволяющую понять причины облегчения докритического роста трещин (рис. 55) и снижения ударной вязкости на верхнем шельфе кривой Эн (Л [179]. [c.148]

Первой в серии работ, посвященных разработке "электронных" моделей ослабления когезии при развитии отпускной хрупкости, была работа Лоша [186], отметившего, что у всех опасных примесей на внешних р-орбиталях меньше шести электронов, т.е, они не заполнены. [c.157]

Ре, а по отношению к N1 фосфор даже менее электроотрицателен, чем к Ре. Если учесть, что по имеющимся данным, не Сг, а N1 в наибольшей степени склонен к совместной с Р адсорбции на границах зерен при отпускной хрупкости (см. гл. I, II), то станет ясно, что охрупчивающая роль фосфора не только в железе, но и в легированных сталях, в рамках модели [190] удовлетворительного объяснения не получила. [c.163]

Ряд моделей, предложенных для объяснения роли примесей в радиационном охрупчивании, основан на предположении о происходящем под действием облучения обогащения примесными атомами внутренних поверхностей раздела границ зерен, межфазных границ типа феррит - карбид, границ раздела комплекснь1й радиационный дефект —матрица [231, 233], При этом механизм воздействия примесной сегрегации на склонность стали к хрупкому разрушению аналогичен охрупчивающей роли обогащения границ зерен примесями при отпускной хрупкости, т.е. связан с ослаблением когезии на границах. Ускоренная облучением сегрегация примесей на внутренних границах раздела снижает поверхностную энергию и поэтому может облегчать зарождение и распространение трещин в приграничных областях, усиливая тем самым радиационное охрупчивание. [c.184]

Учет эффектов совместной сегрегации. В соответствии с моделью Гуттмана [33, 34, 47] охрупчивающая способность примесей зависит от зернограничной концентрации ряда легирующих элементов, сегрегирующих в процессе охрупчивающей обработки совместно с примесями и влияющих на энергию взаимодействия последних с границами зерен. Из этого следует, что возможности ослабления отпускной хрупкости определяются не только снижением содержания охрупчивающих примесей, но и регулированием концентрации легирующих элементов, влияющих на сегрегацию примесей. [c.193]

В области физико-химических явлений, определяющих равновесную зернограничную сегрегацию примесей и легирующих элементов при развитии отпускной хрупкости важнейшей задачей является экспериментальное определение концентрации углерода, находящегося в твердом растворе на границах зерен. Только после дальнейшего развития методики таких измерений (см. например [15, 124, 164]) станет возможным изучение закономерностей взаимодействия легирующих элементов с углеродом на границах и описание этого взаимодействия в рамках наиболее полно развитых в настоящее время моделей обратимой отпускной хрупкости — косегрегации и конкуренции. [c.208]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...