Обезуглероживание сталей і чавуну

Крім окислення, взаємодія газів - окислювачів зі сталями і чавунами на міжфазній межі окалина - метал призводить до окислення вуглецю, що міститься в цементиті або карбідах заліза (обезуглероживание або декарбюрізація), зменшення його концентрації і видалення з металу з відновленням заліза:

Fe3 C + ½ О2 → 3Fe + СО; (2.43)

З прилеглого шару металу вуглець дифундує до зони реакції, а шар металу збіднюється вуглецем аж до утворення чистого фериту (твердого розчину С в # 945; -Fe c о.ц.к. гратами, що містить

Процес зневуглецювання поверхні стали і чавуну з появою видимого шару обезуглероживания обумовлений більш високою швидкістю дифузії вуглецю зі сталі та перевищенням швидкості процесу зневуглецювання над швидкістю окислення заліза. З прилеглого до окалині шару неокисленного металу вуглець дифундує на міжфазну межу метал - оксид з більш високою швидкістю, ніж іони металу. При цьому відбувається збіднення вуглецем прилеглого до окалині металу на глибину, що залежить від умов окислення (час, температура і т.д.). Обезуглероживание відбувається, коли швидкість дифузії вуглецю зі сталі в окалину перевищить швидкість окислення Fe і його швидкість дифузії в окалину, оскільки зневуглецьована шар не встигає окислюватися. У початковий період з високою швидкістю окислення залишкового обезуглероживания не відбувається. При уповільненні швидкості окалинообразования з'являється зневуглецьована шар, який збільшується в товщині. Істинний зневуглецьована шар складається з видимого обезуглероженного шару і окислившегося шару металу, який перетворився на окалину (рис. 2.16, б).

Обезуглероживание помітно зменшувати поверхневу твердість, стійкість до зношування і межа втоми. Товщина обезуглероженного шару залежить від складу газового середовища, складу металу, температури і часу корозії. Найбільше обезуглероживание викликає Н2. водяна пара, СО2. кисень і повітря.

Підвищення змісту в газовому середовищі обезуглероживающего компонентів збільшує глибину обезуглероживания стали і чавуну. Збільшення температури і часу витримки збільшує глибину справжнього обезуглероживания, при цьому глибина видимого зневуглецювання визначається співвідношенням швидкостей процесів обезуглероживания і окислення сталі або чавуну.

Збільшення вмісту вуглецю зменшує швидкість зневуглецювання внаслідок прискорення утворення окису вуглецю, що призводить до самозагальмовування обезуглероживания. Збільшує стійкість стали і чавуну проти обезуглероживания алюміній, менше - хром, вольфрам і марганець. Хром і алюміній в окислювальних атмосферах утворюють оксидні плівки, які гальмують процес зневуглецювання.

Обезуглероживание сталей і чавунів можна зменшити, застосовуючи м'які режими нагріву і термообробки і захисні газові атмосфери.

1) розчиненням водню в металі з утворенням твердого розчину впровадження;

2) виділенням по межах зерен або дефектів молекулярного водню з розчиненого атомарного водню Fe + H2 O → FeO + H2;

3) охрупчивание внаслідок зневуглецювання сталі і відновлення воднем зміцнюючого цементиту (2.46);

5) відновленням оксидів по межах зерен металу: FeO + Н2 → Fe + Н2 O (пар) ↑.

Крихкість, викликана першою причиною, оборотна і усувається нагріванням металу в атмосфері, яка не містить водню.

Утворені по межах кристалітів молекулярний водень, пари води або метан створюють підвищений внутрішньопорожнинне тиск і порушують межкристаллитного зв'язку, що призводить до незворотної, непереборний крихкості і розтріскування сталей.

Найменш схильні до водневої крихкості аустенітні хромонікелеві стали.

Зростання чавунів - збільшення раз-мерів чавунних виробів до де-сятков відсотків з значним зменшенням міцності, спостережуване при поперемен-ном нагріванні і охолодженні в області температур перетворення # 945; -Fe # 947; -Fе. Зростання чавунів ви-кликаний внутрішнім окисленням металу на межі зерен і включе-вам графіту, що супроводжується збільшенням обсягу, оскільки Vок / VMе

2. Зміні розмірів сприяють коливання температури в області перетворення # 945; -Fe (о.ц.к.) # 947; -Fе (г.ц.к.), Сопровож-даємо змінами обсягу, що послаблює кордону зерен. Зменшення міцності сприяє графітизація чавуну - виборча корозія сірого чавуну, що протікає внаслідок розчинення феритних і перлитових складових з утворенням відносно м'якою маси графітного скелета без зміни форми. Графитизация чавуну відбувається також внаслідок розпаду цементиту: Fe3 C = 3Fe + С, що призводить до збільшення включень графіту. Бе-лий чавун менш схильний до зростання, ніж сірий.

Зростанню чавунів сприяють домішки Si, А1 і Ni, є графітізаторамі. Легування Si (до 10%) і Ni (до 20%) знижує схильність чавунів до зростання внаслідок підвищення температури перетворення # 945; -Fe # 947; -Fе і утворення захисної плівки SiО2.

Високолеговані чавуни (сілаль 5-10% Si, ніхросілаль <1,8%C, 18%Ni, 2%Cr, 6%Si, Mn, нирезист 2,7-3,1%C, 12-15%Ni, 1,5-4%Cr, 5-7%Cu, 1,0-1,5%Mn, 1,2-2,0%Si) не подвер-жены росту, поскольку имеют стабильноаустенитную структуру.