Сталь для отливок (литейная сталь)

Особенности структуры литейной стали: отличительной особенностью литой стали является грубозернистость ее строения, которая обусловливает низкий механические свойства, особенно характеристики пластичности и вязкости металла. Крупнозернистая структура также весьма неблагоприятно влияет на показатели сопротивления микропластическим деформациям металла. Поэтому решение теоретических и практических вопросов измельчения структуры литой стали имеет весьма актуальное значение.

Проблема улучшения структуры литой стали явилась предметом многочисленных исследований различных авторов. Предложены различные способы воздействия на металл в жидком и твердом состоянии, обеспечивающие значительное улучшение ее свойств.

В ряде работ рассмотрены вопросы измельчения структуры посредством рациональной термической обработки. Показано, что однократный отжиг (или нормализация) литой стали с нагревом немного выше критической точки Ас₃ обычно не обеспечивает получения мелкозернистой структуры в стальных отливках.

Посредством сложной термообработки можно измельчить структуру, значительно повысить однородность и механические свойства литой среднеуглеродистой стали. К примеру, для стали с 0,4% С рекомендуется термообработка, состоящая из трехкратного отжига последовательно при температурах 1100-1300, 900-1100 и 850-870° С с медленным охлаждением после 1 и 2-го отжигов ниже критических точек и закалки с температуры последнего отжига. Такой термообработкой можно улучшить структуру литой стали (ликвидация ферритной макросетки, благоприятное изменение характера неметаллических включений) и значительно повысить ее пластичность и ударную вязкость. После двойной нормализации (с 930 и 830° С) по сравнению с однократной (при 860° С) предел текучести стали 35Л повышается с 33,5 до 40,5 кгс/мм², относительное удлинение с 17,5 до 25,3%.

Исследования структурного механизма образования аустенита при нагреве стали, в значительной степени облегчили решение практических задач улучшения структуры и свойств металла с исходной грубозернистой структурой.

При образовании аустенита в процессе нагрева так же, как при его распаде в процессе охлаждения, соблюдается ориентационное соответствие превращающихся фаз а-у. В начальный период а-у превращения независимо от условий нагрева и исходной структуры образование аустанита происходит при сохранении ориентационного соответствия с исходными кристаллами ос-фазы. Зарождение аустенита при нагреве может происходить на субграницах феррита, на высокоугловых границах феррита и карбида в перлитных колониях и границах исходных зерен. При медленном нагреве стали с исходной кристаллографически упорядоченной структурой зарождение аустенита происходит преимущественно на субграницах феррита с восстановлением форм и размеров бывшего аустенитного зерна и внутризеренной текстуры. Разрушение внутризеренной текстуры и измельчение зерна в стали становится возможным при повышении температуры обычно значительно выше Ас₃ в результате рекристаллизации аустенита с повышенной от превращения плотностью дефектов вследствие фазового наклепа. При этом рекристаллизация аустенита проходит после растворения карбидных частиц и примесных фаз, находившихся на субграницах.

Ускорение нагрева, особенно в межкритическом интервале температур, способствует образованию участков аустенита на высокоугловых границах феррита и карбида наряду с образованием участков аустенита на субграницах.

Вблизи карбидных частиц при ускоренном нагреве в связи с различием в коэффициентах теплового расширения между матрицей и этими частицами возникают новые источники дефектов. Эти дефекты способствуют возникновению участков аустенита, из которых могут образоваться новые зерна, не связанные с исходной ориентировкой зерна. Это облегчает исправление строения стали с исходной грубозернистой структурой.

В отличие от деформированной доэвтектоидной углеродистой стали, в которой процесс структурной перекристаллизации аустенита обычно заканчивается при переходе через точку Ас₃ или лишь немного выше Ас₃, в литой стали этот процесс сдвинут к более высоким температурам. Устранение внутризеренной текстуры при рекристаллизации аустенита при температурах значительно выше Ас₃ позволяет существенно повысить однородность структуры и характеристики размерной стабильности литой стали.