Флокены — [flakes] внутренние трещины (дефекты) в стальных поковках и прокатной продукции (иногда в слитках и отливках). На шлифовальных и протравляющих темплетах флокены выявляются в виде тонких волосных трещин, а в изломе закаленных образцов представляют … Энциклопедический словарь по металлургии
Флокены — Flake Флокены. Короткие, прерывистые внутренние трещины в черных металлах, образовавшиеся под действием напряжений, вызванных локальными превращениями и выделением водорода во время их охлаждения после горячей обработки. В поверхностях излома… … Словарь металлургических терминов
флокены — (нем. Flocken, буквально хлопья), дефекты внутреннего строения стали в виде серебристо белых пятен (в изломе) или волосовин (на протравленных шлифах). Встречаются главным образом в катаных или кованых изделиях; обусловлены повышенным содержанием … Энциклопедический словарь
флокены — flokenai statusas T sritis chemija apibrėžtis Balsvų dėmelių pavidalo vidiniai plieno įtrūkiai, matomi jo lūžyje. atitikmenys: angl. flakes rus. флокены … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
ФЛОКЕНЫ — (нем. Flocken, букв. хлопья) внутр. металлургич. пороки стали, представляющие собой очень тонкие трещины. Ф. резко ухудшают качество стали. В большинстве случаев встречаются в катаных или кованых заготовках (прутках), реже в литой стали. Для… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Дефекты металлов — несовершенства строения металлов и сплавов. Д. м. ухудшают их физико механические свойства (например, электропроводность, магнитную проницаемость, прочность, плотность, пластичность). Различают Д. м. тонкой структуры (атомарного масштаба) … Большая советская энциклопедия
флокен — Ндп. белые пятна Дефект в виде разрыва тела отливки под влиянием растворенного в стали водорода и внутренних напряжений, проходящего полностью или частично через объемы первичных зерен аустенита. Примечание Флокен в изломе термически обработанной … Справочник технического переводчика
МЕТАЛЛОВ ИСПЫТАНИЯ — Цель испытания материалов состоит в том, чтобы оценить качество материала, определить его механические и эксплуатационные характеристики и выявить причины потери прочности. Химические методы. Химические испытания обычно состоят в том, что… … Энциклопедия Кольера
Флокенистый — прил. 1. соотн. с сущ. флокен, связанный с ним 2. Имеющий флокены. Толковый словарь Ефремовой. Т. Ф. Ефремова. 2000 … Современный толковый словарь русского языка Ефремовой
Флокенами называются внутренние трещины стали, наблюдаемые на поверхности протравленных макрошлифов в виде волосовин небольшой протяженности порядка до 10 мм (рис. 220).
При рассмотрении под микроскопом флокены представляются в виде трещин с мельчайшими зубчатыми краями, что, вероятно, является результатом продвижения трещин по плоскостям скольжения зерен металла. Знаменательно, однако, отсутствие в разрушенных зернах каких-либо следов пластической деформации, что указывает на образование флокенов по типу хрупкого отрыва. Флокены также легко обнаруживаются в изломе, особенно у термически обработанной стали, где они заметны в виде серебристых овальных пятен на общем мелкозернистом или волокнистом фоне (рис. 221). Серебристые пятна представляют собой стенки внутренних трещин.
Флокены встречаются в основном в обработанной горячим давлением стали (в заготовках или листах толщиной более 30 мм)
на некотором расстоянии от поверхности и очень редко наблюдаются в литой стали.
В углеродистой стали, содержащей менее 0,7% Мп и 0,4% С, при обычных условиях ее получения и горячей обработки флокены, как правило, не возникают. Почти не встречаются они так
же в легированной стали аустенитного, ферритного, полуферритного, аустенитно-ферритного и ледебуритного классов. Флокенами поражается главным образом легированная конструкционная сталь, а также некоторые марки инструментальной стали перлитного класса. Однако не все типы легированной конструкционной стали в равной мере подвержены флокенообразованию.
Замечено, что при одинаковом способе получения и горячей обработки в низколегированных сталях с небольшим содержанием углерода (0,1—0,2%) флокены встречаются значительно реже, чем в более легированных, особенно, если они содержат повышенное количество углерода (0,3—0,5% и более). В частности, значительной склонностью к флокенообразованию обладают хромоникелевые, хромоникельмолибденовые, хромоникельвольфрамовые стали при содержании в них более 0,3% С; 1% Сг и 2,5% Ni. К этой группе в отношении флокенообразования относится также шарикоподшипниковая сталь, содержащая около 1 % С и 1,5% Сг. Хромистые, марганцовистые, кремнистомарганцевые, кремнистохромомаргацевые, а также хромоникелевые, хромоникельмолибденовые и хромоникельвольфрамовые стали при невысоком содержании в них никеля, хрома и углерода относятся к группе сталей, менее склонных к образованию флокенов.
При одинаковых химическом составе стали и режиме горячей обработки давлением возможность возникновения флокенов зависит от способа получения стали. Кислая мартеновская сталь менее подвержена поражению флокенами, чем основная мартеновская или электросталь.
При одинаковом способе выплавки восприимчивость к флокенам стали одного и того же марочного состава не является постоянной и зависит от особенностей плавки. С повышением развеса слитков и толщины заготовок флокеночувствительность стали возрастает.
В настоящее время хорошо известно, что флокены образуются в определенном температурном районе при относительно быстром охлаждении стали после горячей обработки давлением и в ряде случаев при дальнейшем пребывании стали на воздухе.
Температурный район образования флокенов зависит от химического состава стали, скорости охлаждения и предрасположенности стали к флокенообразованию. С увеличением степени легированности стали район возникновения флокенов сдвигается в сторону более низких температур. Повышение скорости охлаждения после горячей обработки давлением действует в том же направлении. При прочих равных условиях с увеличением предрасположения стали к флокенообразованию температурный район их возникновения перемещается в сторону более высоких температур. В сталях типа 18ХНМ и 30ХНМ флокены могут образоваться только при 150° и ниже, а в хромистой шарикоподшипниковой стали ШХ15 — при 250° и ниже.
Однако если принимать во внимание, что температурный район возникновения флокенов с увеличением скорости охлаждения сдвигается в сторону низких температур, то при тех средних скоростях охлаждения, которые наблюдаются в заводской практике при охлаждении кованых и катаных заготовок в штабелях или кучах на спокойном воздухе, флокены возникают в большинстве марок стали при 100° и ниже. Образование флокенов развивается во времени. Первоначально возникают мельчайшие трещины, размеры которых постепенно увеличиваются, и одновременно появляются новые трещинки. Нередко образование трещин и их развитие не заканчиваются полностью во время охлаждения, а продолжаются в течение многих часов (десятков и даже сотен) пребывания охлажденной стали на воздухе.
Если же охлаждение стали после ее горячей обработки давлением в интервале температур от 450° и ниже производится достаточно быстро (примерно 1,5°/мин. и более), что отвечает случаям охлаждения заготовок на сквозняке, холодном металличе
ском полу, в масле, то флокены, как правило, не успевают возникнуть в процессе охлаждения, и их образование протекает вовремя пребывания охлажденной стали на воздухе.
В случае медленного охлаждения стали после горячей обработки давлением вероятность возникновения флокенов резко уменьшается. Это обстоятельство широко используется в практике, и флокеночувствительную сталь после горячей обработки давлением стремятся охлаждать возможно более медленно. Чаще для этой цели используют отапливаемые или неотапливаемые колодцы. Иногда медленное охлаждение до цеховых температур осуществляется в печах, вместе с печью. Продолжительность охлаждения в этом случае составляет примерно 50—100 час. Нередко, однако, медленное охлаждение заготовок достигается тем, что их сразу же после обработки давлением зарывают в песок, инфузорную землю или золу, где они и охлаждаются до цеховых температур.
В подавляющем числе случаев флокены имеют закономерную ориентировку и располагаются вдоль течения металла при горячей обработке давлением. Соответственно в круглых и квадратных заготовках флокены обычно имеют большую протяженность в продольном направлении заготовок и располагаются по радиальным плоскостям или концентрически. Однако иногда расположение флокенов в круглых и квадратных заготовках существенно отличается от указанного.
М. В. Приданцев, например, установил, что в длинных заготовках при охлаждении их после обработки давлением на воздухе флокены располагаются не продольно, а поперечно. В листах флокены располагаются, как правило, параллельно поверхности листов и имеют несколько большую протяженность в направлении течения металла при прокатке.
Возможность различных вариантов расположения флокенов следует учитывать при отборе проб с целью обнаружения флокенов. В частности, при выявлении флокенов в изломе необходимо помнить, что если поверхность излома проходит перпендикулярно к расположению флокенов, то в изломе не будут видны серебристые пятна, а лишь небольшие трещины типа мелких расслоев, которые могут быть приняты за иные пороки (шиферность).
Присутствие флокенов резко ухудшает механические свойства стали. Однако степень снижения механических свойств зависит от расположения флокенов в испытуемых образцах. В тех случаях, когда флокены располагаются перпендикулярно к продольной оси образцов или под некоторым углом к ней, присутствие флокенов сопровождается резким снижением механических свойств.
Флокены представляют собой хлопьевидные трещины, наличие которых может вызвать снижение механических свойств. Флокены тем более опасны, чем более высокую прочность имеет сталь.
Согласно [1] причиной образования флокенов является быстрое охлаждение стали в диапазоне температур от 200°С до 20°С после обработки давлением: “растворившийся в жидкой стали водород, который при температурах ниже 200°С выделяется из раствора и создает сильные внутренние напряжения, которые и приводят к образованию трещин”. Если же сталь охлаждается медленно, то водород успевает продиффундировать из раствора и совсем удалиться из стали. В результате сталь становится нечувствительной к флокенообразованию (С. С. Штейнберг, Э. Гудремон).
Рис. 1 Флокены на поперечном макрошлифе, вырезанном из проката с квадратным поперечным сечением.
Явление флокенообразования особенно характерно для сталей, содержащих хром в качестве основного легирующего элемента (хромоникелевые, хромоникельвольфрамовые, хромомарганцовистые и др.).
Флокены редко образуются в литой стали, так как выделившийся из раствора водород скапливается в многочисленных литейных порах и несплошостях литого металла. Флокены могут быть устранены последующей ковкой или прокаткой на меньший размер: трещины (флокены) “залечиваются” завариваются. Флокены редко обнаруживаются в малых сечениях (диаметром менее 25-З0 мм). Вакуумирование, удаление из стали газов, в том числе водорода устраняет способность стали к образованию флокенов.
[1] А.П. Гуляев — Металловедение, М:Металлургия, 1986, 544 с., стр. 354-355 Еще будет много полезного и интересного, поэтому рекомендую подписаться на обновления блога.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Высокие механические свойства легированных сталей обеспечили их преимущественное применение по сравнению с углеродистыми во многих отраслях специального машиностроения (авиация, автомобилестроении и т. д.). Вместе с тем в легированных сталях появляются различные дефекты, встречающиеся реже в углеродистых сталях. Часто при самом строгом соблюдении правильно установленных технологических режимов эти дефекты не поддаются полному устранению. Важнейшие из них: отпускная хрупкость, дендритная ликвация и флокены (явление отпускной хрупкости см. в п. 2 этой главы).
Дендритная ликвация
Появление дендритной ликвации обусловлено неравновесной кристаллизацией сплавов (см. гл. V, п. 10). Наличие в стали легирующих элементов увеличивает температурный интервал кристаллизации, затрудняет протекание диффузионных процессов и способствует развитию явлений дендритной ликвации, так как увеличивает разницу в концентрациях между ранее и позднее выпавшими из жидкости кристаллами (по данным И.Н.Голикова). Макроструктура дендритной ликвации приведена на рис. 303, а.
После прокатки или ковки излучаются толокна, вытянутые вдоль направления деформации (рис. 303, б). Некоторые механические свойства поперек волокна оказываются ниже, чем вдоль (σ02, ψ, aH), чго обусловлено наличием деформированных вдоль прокатки неметаллических включений. Это явление носит название анизотропия механических свойств. Очищение стали от неметаллических включений и в первую очередь сульфидного типа металлургическими приемами (обработка синтетическими шлаками, электрошлаковый переплав) уменьшает анизотропию свойств.
Для уменьшения дендритной ликвации прибегают к диффузионному отжигу слитков перед прокаткой, который состоит в длительном нагреве стали при весьма высоких температурах (1000 ÷ 1200 °С).
Флокены
Рис. 304. Флокены в стали (излом)
Флокены могут быть в кованой или катаной стали, в литой стали они обнаруживаются редко.
Когда появляются флокены в стали?
Если сталь после ковки (прокатки) быстро охлаждалась в районе 200 °С и ниже, то у флокеночувствительной стали возникнут флокены. Скорость охлаждения при температурах выше 200 °С не приводит к образованию флокенов. Таким образом, флокены образуются при быстром охлаждении от 200 до 20 °С.
Ряд данных показывает, что флокены образуют растворившийся в жидкой стали водород, который при температурах ниже 200 °С выделяется из раствора и создает сильные внутренние напряжения, которые и приводят к образованию трещин (флокенов). Если же сталь охлаждается медленно, то водород успевает продиффундировать из раствора и совсем удалиться из стали. В результате сталь становится нечувствительной к флокенообразованию (С.С. Штейнберг, Э. Гудремон).
Таким образом, одной из главных причин образования флокенов можно считать растворенный в стали водород, который не успевает выделиться при температурах ниже 200 °С.
Флокены редко образуются в литой стали, так как выделившийся из раствора водород скапливается в многочисленных литейных порах и неплотностях литого металла.
Флокены можно устранить последующей ковкой (прокаткой) на меньший размер, так как при этом трещины (флокены) завариваются. Флокены редко обнаруживаются в малых сечениях (диаметром менее 25 ÷ 30 мм). Вакуумирование, удаление из стали газов, в том числе водорода устраняет способность стали к образованию флокенов.
и разлитой в металлические изложницы, возникли флокены, а в образцах стали, изготовленной таким же способом, но без продувки водородом, флокены отсутствовали.
Значение действия водорода было показано также и в других работах.
Таким образом, было установлено, что растворенный водород в большой степени способствует флокеночувствительности стали. В 1935 г. был определен примерный температурный район появления флокенов. Образцы флокеночувствительной шарикоподшипниковой [1% Си 1,5% Сг] и хромоникелевой [0,3% С; 1 % Сг и 3,5% Ni] стали после ковки медленно охлаждались в печи до 700—100°, затем выдавались с интервалами через 100° на воздух. Оказалось, что флокены имели только те образцы, которые были выданы из печи при 300° и выше; в образцах же, охлажденных в печи до 200 и 100°, флокенов обнаружено не было.
Авторы пришли к выводу, что температура образования флокенов лежит между комнатной и 200°. Медленное охлаждение до 300° недостаточно для образования флокенов. На базе указанных работ в 1935—1936 гг. возникла и получила распространение так называемая «водородная» теория. Согласно этой теории, флокенообразование вызывается исключительно растворенным в стали водородом. С понижением температуры растворимость в стали водорода резко уменьшается, что видно из рис. 222, на котором показана растворимость водорода в железе в зависимости от температуры. При охлаждении после горячей обработки давлением в стали, в связи с уменьшением растворимости водорода, происходит его выделение в атомарном состоянии. Если при этом скорость охлаждения велика, то атомарный водород не уопевает продиффундировать к поверхности и удалиться из стали. Концентрируясь в дефектных микрообъемах металла, в микропорах, по границам зерна и т. д., атомарный водород переходит в молекулярный, что затрудняет его диффузию и приводит к развитию огромных внутренних давлений, вызывающих образование трещин — флокенов. Сторонники водородной теории приводят подсчеты, согласно которым при содержании в стали 0,001% Н давление выделяющегося газа уже при 400° может превышать прочность стали. Наоборот, в случае медленного охлаждения после горячей обработки водород успевает продиффундировать к поверхности и удалиться из стали; потому флокенов в ней не образуется.
Водородная теория флокенообразования хорошо согласовалась со многими производственными наблюдениями, и с помощью ее можно было объяснить ряд особенностей возникновения флокенов в стали, которые нельзя было понять, исходя из ранее предложенных теорий и гипотез.
Так, согласно водородной теории, кислая мартеновская сталь менее склонна к флокенообразованию, чем основная, потому что в ней ниже концентрация водорода в жидкой стали. В литой стали флокены, как правило, не образуются ввиду того, что выделяющийся водород свободно размещается в огромном количестве имеющихся пор, раковинок и т. п. В заготовках и листах
небольшой толщины (30 мм и менее) флокены не возникают потому, что водород успевает продиффундировать к поверхности и удалиться из стали. Значение медленного охлаждения уже отмечалось.
Однако, несмотря на известную экспериментальную обоснованность водородной теории и соответствие ее данных ряду производственных наблюдений, с ее помощью не удавалось трактовать всех закономерностей возникновения флокенов в стали. Наиболее слабым элементом этой теории была невозможность убедительно объяснить влияние химического состава на восприимчивость стали к флокенообразованию, и, в частности, почти полное отсутствие флокенов у нелегированной стали, л также у стали карбидного, аустенитного и ферритного классов. На эту сторону вопроса впервые обратил внимание В. В. Кузнецов еще в 1935 г. Неудовлетворительность чисто водородной теории сравнительно быстро была установлена сотрудниками завода «Электросталь» и связанных с ним институтов.
Уже в 1937 г. исследователи завода «Электросталь» указывали: «. водород можно признать в качестве необходимой причины флокенообразования. Однако нет оснований считать доказанным положение о достаточности водорода, как причины флокенообразования, что имеется во всех высказываниях авторов водородной теории».
Сотрудники завода «Электросталь» предложили новую, так называемую «мартенситно-водородную», теорию флокенообразования. Согласно этой теории, «. зародышем флокена является микротрещина, возникающая внутри участка тетрагонального мартенсита под воздействием собственных внутренних напряжений. Выделяющийся в микротрещину водород раскрывает ее затем до размеров флокена».
Другими словами, по этой теории причиной образования флокенов являются, во-первых, внутренние напряжения, развивающиеся в стали при быстром ее охлаждении вследствие превращения аустенита в мартенсит, и, во-вторых, выделяющийся в стали водород. Эта теория, в отличие от чисто водородной, находилась в соответствии с фактом высокой склонности к флокенообразованию конструкционной стали мартенситного класса. С помощью ее нетрудно также понять отсутствие флокенов в стали аустенитного и ферритного классов. Однако и эта теория не могла быть признана удовлетворительной, поскольку она оказалась в противоречии с некоторыми производственными наблюдениями. Действительно, известно, что флокены встречаются в стали не только мартенситного, но и перлитного классов. Между тем при охлаждении на воздухе заготовок крупного сечения последней стали образования мартенсита не наблюдается.
Отсюда можно заключить, что появление флокенов не связано обязательно с наличием микротрещин в мартенсите, как это предположили авторы мартенситно-водородной теории.
Однако, большой заслугой завода «Электросталь» и связанных с ним институтов явилось накопление огромного производственного и экспериментального материала, позволившего им правильно сформулировать уже в 1941 г. основные положения флокенообразования в стали, которые мы приводим ниже:
«1. В сталях ЭЗ, Э10, Э16. ЭВ2 и ЭХВГ флокены образуются при комнатной температуре, причем существует некоторый инкубационный период флокенообразования, достигающий в отдельных случаях 30 час.
2. Флокенообразованию подвержены все стали с фазовой перекристаллизацией, причем степень подверженности флокенообразованию при различных марках различная.
3. Длительное пребывание стали в области высоких температур уменьшает флокеночувствительность за счет диффузии водорода, а при достаточной длительности процесса делает сталь полностью нечувствительной к флокенам.
4. Однажды проведенное медленное охлаждение не исключает возможности повторного образования флокенов после последующей обработки, так как простое медленное охлаждение не устраняет полностью флокеночувствительность стали.
5. Медленное охлаждение стали предупреждает образование флокенов.
6. Образование флокенов может быть предотвращено путем проведения полного изотермического перлитного распада».
Крупным этапом дальнейшего развития учения о природе флокенов явились исследования В. Я. Дубового, обобщенные им в специальной монографии. Не имея возможности подробно рассматривать обширную работу В. Я. Дубового, остановимся только на некоторых основных ее результатах.
По мнению В. Я. Дубового, образование флокенов в стали происходит под влиянием ряда факторов. Основными из них являются водород и структурные напряжения, связанные, во-первых, с неодновременными по температуре фазовыми превращениями в осях и междуосных промежутках дендритов, и, во-вторых, с общими, не одинаковыми по времени и температуре, фазовыми превращениями по сечению охлаждаемых заготовок. Что касается чисто термических напряжений, обусловленных градиентом температуры по сечению охлаждаемых заготовок, а также напряжений, вызванных деформацией металла при обработке давлением, то если они иногда и оказывают влияние на возникновение флокенов, «однако, образование флокенов в стали может происходить и без их участия, из чего следует, что они являются второстепенными факторами». Аналогичное мнение высказывает автор в отношении значения неметаллических включений.
В развиваемой В. Я. Дубовым теории новой является трактовка механизма влияния водорода. По его мнению, «представление авторов водородной гипотезы, что под влиянием давления выделяющегося в поры водорода образуются флокены в стали, не соответствует действительности».
Не отрицая того, что «при достаточной насыщенности водородом давление его может достигать 120—140 кг/мм 2 или даже несколько выше», В. Я. Дубовой справедливо указывает, что такого порядка давления явно недостаточны для того, чтобы произвести внутренние разрывы в стали, поскольку в этом случае не
Система охлаждения с магнитным креплением своими руками
