КОНСТРУКЦИОННЫЕ АВТОМАТНЫЕ СТАЛИ С ВИСМУТОМ
При производстве автоматных сталей с висмутом не возникает экологических проблем, характерных для производства сталей со свинцом. Поведение висмута в стали, в силу особенностей его физических свойств, отличается от поведения свинца более широким интервалом охрупчивания стали при температурах резания, поэтому для улучшения обрабатываемости стали достаточны меньшие концентрации висмута, чем принятые для свинца. Механические свойства сталей с висмутом практически не отличаются от исходных и свинцовистых сталей.Для улучшения обрабатываемости резанием в сталь добавляют элементы, охрупчивающие стружку, образующуюся в процессе резания.
Традиционные элементы, добавляемые в сталь с этой целью (теллур, селен, свинец), относятся к токсичным элементам I группы опасности [1]. Значительно менее токсичным является висмут, предельно допустимая концентрация которого в атмосфере рабочей зоны до последнего времени не регламентировалась, поскольку профессиональные отравления и кожные заболевания при работе с висмутом и его соединениями не известны [1]. Освоение автоматных сталей с висмутом взамен свинцовистых, является особенно актуальным в связи с обострением экологической обстановки.
По своим физико-химическим свойствам висмут является близким аналогом свинца: он имеет низкую температуру плавления, хорошо смачивает ювенильные поверхности железа и стали, не образует химических соединений с элементами, входящими в состав стали.
Вместе с тем влияние висмута на свойства стали имеет принципиальное отличие от свинца. Как было установлено ранее [2], охрупчивание свинецсодержащих сталей при температуре 200—400 °С связано с тепловым расширением частиц свинца, образованием полей мозаичных напряжений, зон предразрушения и проявлением эффекта жидкометаллического адсорбционного охрупчивания (эффекта Ребиндера). В случае висмута механизм охрупчивания ограничивается лишь эффектом жидкометаллического адсорбционного охрупчивания. К этому выводу можно прийти, если сопоставить относительные изменения объемов железа, свинца и висмута при повышении температуры (рис. 1) [3, 4]. Как видно из приведенных данных, при повышении температуры объем частиц свинца увеличивается значительнее, чем объем частиц железа (особенно большая разница наблюдается при расплавлении частиц AVt/V20°C> °Ь свинца). У висмута рост объема частиц с на-греванием до температуры плавления происходит медленнее, чем у железа, а при расплавлении висмута объем его частиц уменьшается. Ускоренный рост объема частиц висмута, когда их объем начинает превосходить объем частиц железа, наблюдается только после 700 °С. Однако при этой температуре в стали происходит релаксация всех, напряжений, поэтому возникновение мозаичных напряжений за счет расширения частиц висмута не происходит. Соответственно, охрупчивающее влияние висмута на свойства стали при повышенных температурах можно объяснить только проявлением эффекта жидкометаллического охрупчивания.
1. Выплавка и прокатный передел висмут-содержащих сталей, в отличие от свинцовистых, не сопровождается загрязнением рабочих мест вредными веществами, превышающими предельно допустимые концентрации. Особенно важным в этом отношении является практическое отсутствие выделений висмута при прокатном переделе, чего в производстве свинецсодержащих сталей достигнуть не удается.2. Введение в сталь висмута не оказывает отрицательного влияния на ее основные меха-нические сврйства.
3. Для улучшения обрабатываемости стали на один и тот же уровень требуется значительно меньше висмута, чем свинца.
Полученные данные показывают что конст-рукционные автоматные стали с висмутом яв-ляются эффективным перспективным материалом.
СБОРНИК НАУЧНЫХ ТРУДОВ Черная металлургия России и стран СНГ в XXI веке. Т о м 5, Москва 1994
