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 проб
проката 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.
Причины образования.
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 σ0.2 резко сокращается время образования флокенов при
насыщении металла водородом.
Способы предупреждения:— 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 интервале температур фазовых превращений.
Дефект
не исправляется.
Механические свойства. 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.