Исследования микроструктуры, механических и служебных свойств образцов слитков и изделий из них

Исследования микроструктуры прово­дят на небольших образцах (линейные размеры 10-50 мм) для выявления особенностей кристаллической структуры слитков и изделий в разных их частях. Для исследования одну из поверхностей образца полируют и обрабатывают различными травильными реактивами, a затем изучают под микроскопом. Обычно определяют величину первичного и вторичного зерна микроструктуры, наличие и характер от­дельных структурных фаз, общую металлографическую струк­туру металла. При необходимости образцы предварительно подвергают термической или химико-термической обработке.

В качестве примера на рис. 7.20 показана макро- и микроструктура образцов 20-т слитка в районе газовых пузырей.

В поверхностном слое слитка характерно наличие перлитной структуры с выделением феррита игольчатого типа. Вдоль поверхности слитка и вокруг пузырей наблюдается обезуглероженный слой металла толщиной до 2 мм. В поверхностном слое на глубине до 1 мм присутствуют оксиды в виде глобулей.

Механические свойства изучаются на образцах, вырезанных из определенных мест слитка и изделий. В зависи­мости от постановленной задачи образцы вырезают вдоль оси слитка либо поперек ее; вдоль направления прокатки либо поперек. В некоторых изделиях (лист, балки) на одном участке вырезают образцы для целого комплек­са исследований (рис.7.21). Образцы, прошедшие механические испытания, могут дальше использоваться для микроисследований и определения не­металлических включений.

Образцы испытывают на разрыв, ударную вязкость и твердость. При испытании на разрыв определяют пре­дел текучести, предел прочности, от­носительные сужение и удлинение. Форма и размеры образцов зависят от требований государственных стан­дартов и используемого оборудования. Испытанию на твердость могут под­вергаться сами изделия. Специальные исследования производятся при повы­шенных и пониженных температурах.

 

 

 

Рисунок 7.20 – Фрагменты структуры образцов металла после травления: а – реактивом Обергоффера (× 4,5), б – 4 % раствором HNO₃ (× 50)

 

Рисунок 7.21 – Схема вырезки образцов из листа, используемых для исследования:

 

1 – макроструктуры; 2 – микроструктуры, размера зерна, неметаллических включений; 3 – химического состава; 4 – механических свойств поперек прокатки; 5 – то же, вдоль прокатки

В качестве примера рассмотрим результаты исследования механических свойств листов толщиной 250 мм, получаемых из крупных слитков массой 30 т.

С этой целью от головной, средней и донной частей подкатов пяти плавок произвели от­бор осевых и периферийных поперечных проб, изготовление образцов и их испытания. Усредненные результаты испытаний представлены в таб­лицах 7.2 и 7.3. Механические свойства металла толщиной 250 мм стали 3сп полученного из слитков массой 30 т соответствуют требованиям ГОСТ 14637-89. Приведенные данные (см. табл. 7.2 и 7.3) показывают, что за исключением небольших отклонений пластические и прочност­ные свойства по толщине головной, средней и донной частей плиты толщиной 0,25 м изотропны в пределах каждого из темплетов. Следует отметить небольшое увеличение значений предела текучести и ударной вязкости при переходе от головной к донной части раската. Небольшое увеличение прочностных и пластических свойств имеет место также и по толщине раската в направлении от центра к краю.

Таблица 7.2 – Механические свойства опытных плит толщиной 250 м стали 3сп при испытаниях образцов на ударный изгиб

 

Место отбора проб	Ударная вязкость, КСU, МДж/м2
головной	периферия		0,57
	ось		0,55
середина	периферия		0,60
	ось		0,55
донный	периферия		1,05
	ось		0,74

 

 

Таблица 7.3 – Механические свойства опытных плит толщиной 250 мм стали 3сп при испытаниях образцов на разрыв

Место отбора проб	Предел теку-	Временное со-	Относитель-­
	чести , МПа	противление , МПа	ное удлинение , %
головной периферия
ось
Середина периферия		435.
ось
Донный периферия
ось

 

 

Служебные свойства стали исследуют путем так называемых техноло­гических проб или технологических испытаний. К ним отно­сятся испытания на загиб, перегиб, вытяжку при холодной штамповке, прочность сварного шва, коррозионную стойкость, электротехнические и др.

Для обнаружения внутренних дефектов изделий без нарушения их сплошности используют неразрушающие методы испытаний. Тонкостенные изделия просвечивают рентгенов­ским или гамма-излучением. Толстостенные изделия про­звучивают ультразвуком. Для обнаружения скрытых де­фектов в ферромагнитных сталях и сплавах применяются различные виды магнитной дефектоскопии. Все эти иссле­дования проводятся на специальном оборудовании; при ра­боте с проникающими излучениями необходимо соблюдать особые правила техники безопасности.