Флокены в изломе
Характеристика.
Представляют собой внутренние транскристаллитные трещины, возникающие в зонах металла с повышенным содержанием водорода; имеют гладкую, серебристую кристаллическую поверхность стенок. Дефекты встречаются в литой и деформированной стали .
Флокены проявляются на поверхности разрушения в виде четко очерченных участков круглой или овальной формы или в виде коротких зигзагообразных трещин; размеры их — от долей миллиметра до 1—2 сантиметров, редко больше.
Поверхность флокенов в изломе может иметь мелко- или крупнокристаллическое строение в зависимости от температуры конца горячей деформации и ее степени.
Если поверхность флокенов совпадает с плоскостью излома, то они резко выделяются своим блеском на фоне излома с волокнистым строением, на фоне излома с кристаллическим строением — менее заметны и отличаются более светлой окраской.
В прокате плоскость флокенов чаще всего ориентирована параллельно плоскости прокатки: на поверхности разрушения поперечных пробпроката флокены имеют вид коротких трещинок, напоминающих раскрывшуюся шиферность или мелкие расслои. В кованом металле расположение флокенов меньше связано с направлением деформации; в литом металле флокены располагаются произвольно. Флокены являются дефектом, присущим в основном легированным конструкционным среднеуглеродистым сталям. Особенно часто наблюдаются после деформации в центральной части заготовок, имеющих большое сечение, и в крупногабаритных отливках.
Для идентификации дефекта производят поломку образцов в плоскости, параллельной плоскости залегания дефекта (излом — расщепление) и изготавливают макрошлифы в плоскости, перпендикулярной плоскости дефекта. В последнем случае флокены имеют вид зигзагоообразных волосовидных внутрикристаллитных трещин.
Структура металла вблизи поверхности флокенов чаще всего не отличается от структуры основного металла.
Для выявления флокенов в деформированном металле применяется ультразвуковой контроль.
Причиныобразования.
Ускоренное охлаждение отливок или заготовок после горячей деформации при температурах ниже 300 °С (чаще всего флокены возникают при комнатной температуре). Инкубационный период образования флокенов в зависимости от содержания водорода, состава стали, скорости охлаждения колеблется от нескольких минут до многих часов. Рост размеров флокенов происходит во времени.
Образованию флокенов способствуют:
—повышенное содержание водорода (более 2,0—2,5 см3 на 100 г металла); чем выше степень газонасыщенности, тем выше флокеночувствительность стали;
—повышенная концентрация легирующих элементов (особенно С, Mo, Ni, Si, W, В, Сr, Мn), приводящая к повышенной химической неоднородности и образованию нитридов, оксидов и карбидов, а также различных сложных шпинельных включений на их основе с участием сульфидов. Это способствует высокой концентрационной неоднородности распределения водорода в различных объемах металла и повышает флокеночувствительность стали. Зоны металла с повышенным содержанием ликватов и легирующих элементов служат ловушками — накопителями водорода;
—повышенное содержание неметаллических включений, особенно продолговатых строчечных или пленочных оксисульфидов; границы раздела металл — неметаллическое включение являются своеобразными линзами-барьерами на пути диффузии атомарного водорода, концентраторами напряжений и накопителями молекулярного водорода, давление в которых достигает 200—400 МПа; в этих участках создаются условия для водородного охрупчивания металла, которое при наличии внутренних напряжений завершается образованием флокенов;
—различные виды деформации, оказывающие влияние на ход диффузионных и окклюзионных процессов; увеличение внутренних напряжений повышает окклюзионную способность микрообъемов металла; так, при напряжениях, равных 0,3—0,6 σ0.2резко сокращается время образования флокенов при насыщении металла водородом.
Способыпредупреждения:— высокотемпературная обработка и регламентированный режим охлаждения металла, способствующие развитию диффузионного процесса при у→α-превращении и более полному удалению водорода. Если флокеночувствительные стали после отливки или горячей деформации охлаждать достаточно медленно, то они перестают быть флокеночувствительными;
—снижение содержания сульфидных и легкоплавких включений, исключение возможности образования строчечных и пленочных неметаллических включений путем модифицирования РЗМ и обработки щелочно-земельными элементами;
—применение внепечного вакуумирования, позволяющее уменьшить содержание водорода до 1,5—2,0 см3 на 100 г металла;
—проведение гомогенизации или высокотемпературной нормализации отливок;
—регламентированное пребывание на воздухе отливок после выбивки из формы и до посадки на гомогенизацию или нормализацию, которое зависит от марки стали, содержания водорода, конфигурации и сечения отливки;
—проведение противофлокенной термической обработки (ПФО). Режим ПФО зависит от способа выплавки, от состава стали, сечения отливки или деформированной заготовки;
— замедленное (порядка 20—40 °С/ч) охлаждение деформированного металла в интервалетемператур фазовых превращений.
Дефект не исправляется.
Механическиесвойства. Наличие флокенов приводит к снижению прочности, пластичности и ударной вязкости.
Наблюдается резкое снижение сопротивления разрушению металла, особенно в сварных конструкциях.
Источник: Атлас дефектов стали. Пер. с нем. М. "Металлургия", 1979.