Видманштеттова структура вперше була виявлена при вивченні залізоніколових метеоритів. У техніці це зміна кристалічної решітки металів і їх сплавів є небажаним, оскільки призводить до погіршення фізико-механічних властивостей. Для оцінки даної структури використовують шкалу, нормованих державним стандартом.
Видманштеттова структура – що це таке?
У 1808 р., при дослідженні метеоритів, австрійським вченим-мінерологом Алоізом фон Видманштеттеном був виявлений новий тип металографічного структури сплавів, який отримав назву за прізвищем свого першовідкривача. Термін «видманштеттеновы фігури» використовували для характеристики візерунків, що виникають при виготовленні шліфів більшості залізних метеоритів. Пізніше було відкрито, що це явище часто зустрічається і при промисловому виготовленні металевих конструкцій.
Видманштеттова структура сталі являє собою ферритно-перлітову структуру, в якій її складові (ферит і перліт) розташовуються у вигляді геометрично впорядкованих фігур (пластини, голки, квадрати, ромби багатокутники). Ця аномалія пов’язана з утворенням великих зерен в первинному аустените. Пластинчасті форми є доэвтектоидным феритом, що виділяється в надлишку межах аустенітних зерен, голчасті – вторинним цементитом. Пластини розташовуються вздовж площин решітки аустеніту. Нижче наведено фото видманштеттовой структури.
Умови появи
З точки зору фізики, виникнення таких змін пов’язана з тим, вони забезпечують найменше значення поверхневої енергії взаємодії частинок на межі розділу фаз. Найчастіше подібне явище спостерігається при перегріві стали, однак вона не завжди отримує дану структуру.
Факторами, що сприяють її формуванню, є:
- значне укрупнення аустенітних зерен;
- висока швидкість охолодження металу;
- наявність у складі марганцю, хрому і молібдену.
Дана структура сталі може також виникнути без перегріву внаслідок великої швидкості охолодження при переході через інтервал температур Ar3-Ac1. Найбільш часто видманштеттова структура спостерігається при таких технологічних процесах, як зварювання (в металі шва і прилеглій ділянці перегріву), лиття, термообробка, штучне старіння сплавів, що застосовується для збільшення їх міцнісних характеристик. В останньому випадку це відбувається в результаті виділення нових фаз з пересичених розчинів.
Властивості
Освіта видманштеттовой структури починається при швидкості охолодження після перегріву вище 100 °C/хв. Якщо сплав має грубозернисту будову, то це зміна кристалічної решітки виявляється і при більш низьких швидкостях охолодження. Товщина феритних пластин може варіюватися в діапазоні 1-8 мкм.
Крупнозернистость і пластинчасте будова видманштеттовой структури визначають погіршення механічних характеристик металів та сплавів. При перегріві стали надмірна ферит, що виділяється по межах зерен, «прорізає» перліт, що і призводить до зміни властивостей.
Вплив на технологічні характеристики конструкцій
Крім зміни кристалічної решітки, зазначеної вище, може виникнути та інше небажане явище – перепал металу. При цьому по межах зерен формуються закисные плівки заліза, зв’язок між зернами порушується. Освіта видманштеттовой структури призводить до наступних негативних наслідків:
- зниження ударної в’язкості і міцності;
- схильність до крихкого руйнування;
- погана опірність динамічних навантажень.
Тому цей процес є небажаним для конструкційних матеріалів і неприпустимий для виготовлення промислових виробів відповідального призначення.
Для поліпшення структури сталі виробляють термообробку (повний відпал або нормалізацію). Перепалений матеріал виправити неможливо.
Для запобігання утворення видманштеттовой структури при зварюванні в якості основних металів застосовують такі, які мають спадкової мелкозернистостью, тобто при нагріванні до високих температур у них не відбувається значного збільшення зерна. Також використовують легуючі добавки, що знижують здатність стали до перегріву. Найбільш часто поява цього небажаного ефекту спостерігається при газовій зварці. Для дугового це менш характерно.
Оцінка структури
Ступінь зміни у кристалічній решітці при утворенні видманштеттовой структури регламентується за ГОСТ 5640-68. Для її оцінки виготовляють микрошлифы 3 × 4 див. Вирізання зразків повинна проводитися холодним способом (механічним або іншими). Розвиток цієї структури в металі характеризується зростанням кількості та розмірів голчастих утворень фериту, а також величиною аустенітного зерна.
Оцінка проводиться по двом рядам і 6 балів в кожному з них. Перший ряд використовується для низьковуглецевих сталей (вміст вуглецю <0,3 %), другий – для середньовуглецевих (З <0,5 %). Оцінка за бальною шкалою проводиться шляхом зіставлення зі зразками металу, не менш ніж в 3 точках мікрошліфа досліджуваної структури.
