О влиянии редкоземельных металлов (РЗМ) на механические, технологические и служебные свойства сталей. (статья)

Широко известно положительное влияние редкоземельных металлов (РЗМ) на механические, технологические и служебные свойства стали, что обычно объясняется их химическим воздействием на вредные примеси и связыванием их в более тугоплавкие химические соединения.

 РЗМ изменяют характер кристаллизации, когда взамен выделения легкоплавких соединений или эфтектик по границам и междуосным пространством дендритов тугоплавкие соединения будут кристаллизоваться в первую очередь и располагаться внутри кристаллов, очищая таким образом межзеренные границы и обеспечивающие формирование мелкодисперсной дендритной структуры.

РЗМ оказывает сильное благоприятное влияние на содержание в стали неметаллических включений. По химическому сродству к кислороду РЗМ превосходят алюминий, и поэтому является активным деоксидатором стали. При этом форма оксидов вместо остроугольной заменяется на округлую и исчезают круглые строчки глинозема и шпинелий. РЗМ оказывает заметное влияние на поверхностное натяжение жидкой стали  При повышении поверхностного натяжения и соответственно межфазного натяжения происходит минимальная адсорбция вредных примесей при кристаллизации стали, что дает возможность получить литой металл с чистыми границами зерен и высокой пластичностью.  Очищая сталь от вредных примесей, РЗМ снижают анизотропию механических характеристик стали, а также улучшают ее литейные свойства. Основными литейными свойствами, определяющими формирование качественных отливок, являются жидкотекучесть, условия питания и трещиноустойчивось отливок. Обеспечивая снижение содержания общего количества неметаллических включений в стали, РЗМ способствуют улучшению ее жидкотекучести. условия питания или пропитываемость отливок обеспечивают высокие технологические и механические свойства стали. Обычно пропитываемость отливок характеризуют по величине плотности металла.РЗМ способствуют увеличению плотности стали как за счет дегазационного воздействия, так и за счет улучшения пропитываемости междендритных пространств вследствие рафинирования и снижения вязкости жидкого металла.Механизм повышения трещиноустойчивости отливок при обработке стали РЗМ объясняется снижением величины температурного интервала хрупкости и повышением пластичности металла в этом интервале. При этом величина пластической деформации зависит от размеров первичного зерна и чистоты границ по вредным примесям. Точно установлено, что в перлитных сталях горячие трещины зарождаются по границам первичных зерен. Можно предположить, что в интервале кристаллизации в стали с мелкими первичными зернами взаимное перемещение последних развивается сильнее, чем в стали с крупными кристаллами. Поэтому переход от столбчатой структуры к равноосной может повысить пластичность металла. При замене столбчатой структуры на равноосную требуется значительно меньше жидкой фазы для устранения блокировки и заклинивания кристаллов. В этом случае верхняя граница температурного интервала хрупкости понижается. Так как равноостное зерно предпочтительней для развития межзеренной деформации, измельчение зерна и замена столбчатой структуры на равноосную должны расширить температурный интервал хрупкости в сторону более низких температур. Известно, что у всех сплавов влияние формы и размера зерна на пластичность сильнее проявляется возле верхней границы температурного интервала хрупкости, где больше возможность развития межзеренной деформации. Существенное влияние на образование горячих трещин оказывают неметаллические включения и вредные примеси. Располагаясь на границах, включения препятствуют взаимному перемещению зерен при затвердевании, в результате чего около них возникают концентрационные напряжения и зарождаются микротрещины. Особенно вредное влияние оказывают крупные неправильной формы неметаллические включения. В рассматриваемом плане РЗМ кроме модифицирующего действия обладают замечатель6ным свойством, очищая границы зерен от вредных примесей и, тем самым снижая интервал хрупкости. На основании вышеизложенного можно предположить, что обработка жидкой сталь РЗМ – содержащими лигатурами или комплексными сплавами (модификаторами) является эффективным способом повышения всего уровня ее свойств и, как следствие этого, качества и надежности отливок.