IMG68

8.11.4. Kruchość połączeń spawanych stali austenitycznych wskutek tworzenia się fazy <r

Zgodnie z układem równowagi Fe-Cr (rys. 8.60) przy zawartości chromu 40+60% w strukturze stali wydziela się związek międzymetaliczny FeCr, zwany fazą sigma (o). Faza a jest twardym, kruchym i niemagnetycznym związkiem międzymetalicznym, wydzielającym się w wysokostopowych stalach chromowych i chromowo-niklowych podczas wyżarzania w zakresie temperatur od 600°C do 900°C. Składa się ona mniej więcej z 52% chromu i 48% żelaza, ale może zawierać również inne składniki, na przykład molibden. Fazy międzymetaliczne powstają zwłaszcza wtedy, kiedy przedmiot ze stali austenitycznej pracuje w podwyższonych temperaturach (w obszarze istnienia danej fazy) albo też poddany zostaje wyżarzaniu. W obu wypadkach decydujące znaczenie dla utworzenia fazy międzymetalicznej odgrywają czas i temperatura. Faza o charakteryzuje się wyjątkowo dużą twardością, na przykład ferryt o zawartości 48% Cr ma twardość 250 HV, natomiast po wydzieleniu fazy o stal ta osiąga twardość 900 H V. Obecność fazy a jest więc przyczyną dużej kruchości stopów o wysokiej zawartości chromu, w tym również stali austenitycznych chromowo-niklowych. Pojawienie się fazy o obniża także odporność korozyjną stali. Obecność ferrytu w spoinach stali austenitycznych ułatwia wydzielanie się fazy a ze względu na większą zawartość chromu w ferrycie niż w austenicie. Z drugiej strony, obecność ferrytu w spoinie jest korzystna, gdyż zapobiega pękaniu na gorąco.

Faza o powstaje z ferrytu 8 zawierającego więcej chromu. Ferryt 5 rozpada się częściowo albo całkowicie, w zależności od temperatury i czasu jej oddziaływania: na fazę a i austenit zgodnie z reakcją eutektoidalną:

ferryt 5 —♦ faza a + austenit.

Przykład struktury różnych stali z wydzieleniami fazy o powstałymi w wyniku rozpadu eutektoidalnego ferrytu przedstawia rysunek 8.84.

Faza o powstaje także w czysto austenitycznych stalach zawierających ponad 20% Cr, na przykład stalach typu 25-20. W wypadku wygrzewania stali czysto austenitycznych faza a zarodkuje w austenicie na granicach ziaren i w pasmach poślizgu (rys. 8.85a). Sama struktura spoiny ze względu na segregację składników stopowych może w pewnych wypadkach ułatwić powstawanie związków międzymetalicznych, nawet gdy jej skład jest taki, że w metalu rodzimym przekutym i przesyconym tego rodzaju fazy nie mogłyby się utworzyć. Segregacja podczas krzepnięcia może bowiem zwiększyć miejscowo koncentrację składników ferrytotwórczych i w ten sposób umożliwić tworzenie fazy o, bez konieczności długotrwałego wygrzewania (rys. 8.85b).

Gdy spoina zawiera stosunkowo dużo składników przyspieszających tworzenie fazy o i jej stabilizację, na przykład Mo, Si, może się zdarzyć, że ferryt znajdujący się w pierwszych ściegach spoiny wskutek nagrzewania przez następne ściegi zostaje przemieniony w fazę o. Skłonność ferrytu 8 do rozpadu na austenit i fazę a zależy od jego składu chemicznego, a ten z kolei od tego, czy jest to ferryt, który powstał w rdzeniach komórek (krystalitów), czy w przestrzeniach międzykomórkowych (międzydendrytycznych). Ferryt powstały w przestrzeniach międzykomórkowych w wyniku segregacji jest silnie wzbogacony w molibden i krzem, a zatem jego skłonność do przemiany eutektoidalnej jest większa.

478