Пороки микроструктуры сталей

Важнейшим пороком микроструктуры стали являются неметаллические включения (сульфиды, оксиды, силикаты). Они нарушают сплошность металла, понижают его прочность, а главное являются причиной концентрации напряжений, особенно опасной для деталей, работающих под действием переменных напряжений и ударной нагрузки. Кроме того, при закалке стали неметаллические включения могут служить причиной образования закалочных трещин. Часто бывают видны хрупкие твердые остроугольные включения окиси алюминия, резко понижающие прочность стали и ее обрабатываемость режущим инструментом, лезвие которого, попадая на эти включения, затупляется. Силикаты также могут быть твердыми, хрупкими и очень вредными. Иногда силикаты обнаруживают некоторую пластичность, что несколько снижает их вредное действие. Часто у неметаллических включений наблюдается сложная структура. Крупнозернистость снижает прочность стали, этого недостатка лишены трубы электросварные ГОСТ 10704 91. Подробное описание неметаллических включений приведено в книге А. Н. Червякова.

В литой стали, т. е. медленно охлажденной из области высоких температур, а также в стали, сильно перегретой, часто наблюдается так называемая видманштеттова структура. Видманштеттова структура отличается не только крупнозернистостью, но и характерным расположением феррита в доэвтектоидной или вторичного цементита в заэвтектоидной стали по кристаллографическим плоскостям. Такая структура, но еще более резко выраженная, впервые наблюдалась Видманштеттом на метеоритах. Видманштеттова структура характеризуется очень низкими механическими свойствами. Строчечность структуры создает неоднородные механические свойства в направлениях вдоль и поперек прокатки. Помимо снижения прочности, она ухудшает технологические свойства стали при холодной штамповке и обработке режущим инструментом. Обезуглероживание поверхности стали портит самую ценную часть деталей — поверхность, так как наибольшие напряжения при работе деталей и износ обычно возникают на их поверхности. Поэтому обезуглероживание резко снижает прочность, твердость и износостойкость деталей машин и инструмента.

Классификации видов и размеров неметаллических включений обычно уделяется большое внимание. Наименее опасны отдельные, не расположенные по границам зерен продолговатые пластичные сульфиды, вытягивающиеся при прокатке в небольшие нити. Эти включения отчасти способствуют лучшей обрабатываемости стали режущим инструментом, но ухудшают способность стали давать чистую поверхность после полирования. Наиболее опасны хрупкие и остроугольные включения окиси алюминия и другие оксиды. Вокруг таких включений происходит концентрация напряжений при работе деталей; кроме того, они затрудняют обработку стали режущим инструментом. Неметаллические включения оцениваются баллами в зависимости от их количества в поле зрения окуляра микроскопа и их длины при увеличении в 100 раз. Кроме того, они могут различаться еще по толщине и массивности. Неметаллические включения той или иной балльности допускаются с учетом назначения стали и условий работы изделий.