Способ выявления действительного аустенитного зерна легированных сталей

Изобретение относится к области машиностроения применительно к назначению режимов обработки металла. Способ включает электролитическое наводороживание образца с последующим его разрушением. Наводороживание образца способствует скоплению диффузионно-подвижного водорода по границам действительных аустенитных зерен и водородному охрупчиванию металла, которое при последующем нагружении образца приводит к его разрушению по границам этих зерен. Дальнейшая количественная оценка размера действительного аустенитного зерна легированной стали выполняется на основе анализа хрупкого межкристаллического излома. Достигается повышение надежности выявления аустенитных зерен. 4 ил.

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для количественной оценки размера действительного аустенитного зерна легированных сталей при назначении режимов обработки металла, связанных с его повторным нагревом после выплавки, таких как литье, ковка, горячая объемная штамповка, сварка, термообработка и т.д.

Размер зерна стали является одним из основных факторов, влияющих на физико-механические свойства стали. Поэтому назначение режимов обработки стали, которые формируют размер зерна, является важной задачей, решение которой обеспечивает получение бездефектных изделий, отвечающих необходимым эксплуатационным требованиям. При этом основной сложностью количественной оценки размера действительного аустенитного зерна, формирующегося в условиях, определяющихся режимами обработки металла, является его выявление.

Известны способы выявления аустенитного зерна химическим и электролитическим травлением [1]. Эти способы основаны на растворении под действием реактивов примесей, выделяющихся по границам зерен и имеющих иную, чем зерна, химическую природу.

Недостатком этих способов является то, что без нагрева они не позволяют выявить аустенитное зерно в сталях с малым содержанием углерода, например низкоуглеродистых, а также в случае слабой сегрегации примесей на границах зерен, что свойственно современным легированным сталям.

Способ диффузионного насыщения границ зерен примесями и углеродом связан с нагревом, а при нагреве изменяется размер зерна и выявляются не те зерна, которые были перед нагревом, а уже новые, возникшие при полиморфном превращении.

Кроме того, эти способы позволяют выявить либо наследственное зерно, которое характеризует склонность стали к росту зерна при нагреве, либо границы бывших аустенитных зерен, сформировавшихся в стали до повторного нагрева. Однако на свойства стали влияет только действительный размер аустенитного зерна, т.е. размер зерна, полученный в конкретных условиях воздействия на металл температур при окончательной его обработке.

В работе [1], в качестве способа количественной оценки размера действительного аустенитного зерна рекомендуется анализ изломов образцов стали. Однако действительное аустенитное зерно можно выявить только в случае получения хрупкого излома [2]. При вязком изломе зерно аустенита стали выявить невозможно.

Задачей изобретения является получение хрупкого межкристаллического излома. Хрупкий межкристаллический излом достигается электролитическим наводороживанием образцов исследуемой стали с последующим их разрушением.

Способ осуществляется следующим образом. На плоском образце исследуемой марки стали размером 100 мм × 10 мм × 1 мм, представленном на фиг.1, на расстоянии, равном половине длины образца, с помощью отрезного круга выполняется надрез шириной 0,3 мм и глубиной 3 мм. Надрез является концентратором напряжений и способствует разрушению образца при его последующем нагружении. Затем выполняется наводороживание образца в электролитической ячейке, приведенной на фиг.2. Электролитическая ячейка представляет собой стеклянный стакан 2, в который залит электролит 4 и помещены катод 6 и образец-анод 5. Катод выполнен в виде спирали из платиновой проволоки диаметром 0,5 мм. Внутренний диаметр спирали 22-25 мм, шаг 5 мм и длина 90 мм. Витки спирали фиксируются направляющей из органического стекла 7, закрепленной на текстолитовой крышке 1. На этой же крышке закреплены токоподводы 8 и 9. К токоподводу 8 крепится пружина 3, которая фиксирует положение наводороживаемого образца относительно спирали и обеспечивает плотное его поджатие к токоподводам. Электросхема питания электролитической ячейки содержит следующие основные элементы: трансформатор ТР, выпрямитель В, миллиамперметр мА, стабилизатор напряжения С, регулирующее сопротивление R. Основным режимом наводороживания является величина тока, равная 170 мА. Для наводороживания образец с надрезом закрепляется в токоподводах внутри спирали и погружается в электролит при подведенном напряжении, что необходимо для предотвращения коррозии. Наводороживание выполняется в течение 300 с. Для интенсификации процесса наводороживания в качестве электролита применяется водный раствор серной кислоты H₂SO₄ с добавлением стимулятора - тиосульфата натрия Na₂S₂O₂. При использовании 0,1 - нормального раствора H₂SO₄ на 1 л раствора добавляется 0,5 г Na₂S₂O₂. Для составления раствора используется дистиллированная вода. По окончании наводороживания для предотвращения коррозии спираль с образцом извлекают из электролита тоже при включенном источнике питания [3]. В процессе наводороживания диффузионно-подвижный водород диффундирует к границам аустенитных зерен и к острию надреза на образце. После наводороживания образец подвергается разрушению постепенно нарастающим усилием Р по схеме, представленной на фиг.3.

Скопление водорода в дефектных участках приводит к водородному охрупчиванию стали и хрупкому разрушению образца от острия надреза по границам действительных аустенитных зерен.

Фрактография хрупкого межкристаллического излома после наводороживания и последующего разрушения образца стали типа 14Х2Н3МА, полученная на электронном сканирующем микроскопе ВS - 300, представлена на фиг.4.

Способ позволяет выявлять действительные аустенитные зерна легированных сталей, в том числе низкоуглеродистых и улучшенных сталей, т.е. сталей с малым содержанием примесей.

Источники информации

1. Винокур Б.Б., Пилюшенко В.Л., Касаткин О.Г. Структура конструкционной легированной стали. - М.: Металлургия, 1983. - 215 с.

2. Вялков В.Г., Макаров Э.Л. Методика оценки роста аустенитного зерна при сварке легированных сталей // ВИНИТИ - 1987. - № 2. С.133.

3. Макаров Э.Л. Холодные трещины при сварке легированных сталей. - М.: Машиностроение, 1979. - 579 с.

Способ выявления действительного аустенитного зерна легированных сталей, отличающийся тем, что для количественной оценки размера зерна используется анализ хрупких изломов, полученных разрушением образцов исследуемой марки стали после их электролитического наводороживания, обеспечивающего водородное охрупчивание материала по границам действительных аустенитных зерен.