Величина зерна стали по ГОСТ 5639-82: номер зерна и методы определения

Величина зерна — средняя величина случайных сечений зёрен в плоскости металлографического шлифа; зёрна — отдельные кристаллы поликристаллического металла, разделённые границами (ГОСТ 5639-82, пп. 3.1–3.2). Металлографические методы выявления и определения величины зерна сталей и сплавов устанавливает ГОСТ 5639-82. По нему определяют величину действительного зерна — после горячей деформации или термообработки, склонность зерна к росту и кинетику его роста при нагреве (вводная часть).

Номер зерна G: что означает балл

Результат выражают номером зерна G. Эталонные шкалы построены так, что при увеличении 100 номер связан с числом зёрен m на 1 мм² площади шлифа формулой m = 8 · 2^G (п. 3.3.2): каждый следующий номер — вдвое больше зёрен на той же площади, то есть зерно мельче. Средние значения для номеров — в таблице 1 стандарта (п. 3.3.3), часть из них:

Таблица 1 охватывает номера от −3 до 14 (п. 3.3.3).

Образец и шлиф

Место отбора и число образцов задаёт документация на сталь; если указаний нет, образец для действительного зерна отбирают произвольно, для склонности к росту — в месте отбора на механические испытания, а испытывают один образец (пп. 1.1–1.1.2). Площадь шлифа — не менее 1 см²; для продукции толщиной менее 8 мм допускается меньше (п. 1.2). Как готовят шлиф — в статьях «Подготовка металлографического шлифа» и «Макрошлиф и микрошлиф».

Как выявляют границы зёрен

Стандарт даёт шесть методов: травление, цементация, окисление, сетка феррита или цементита, сетка перлита (троостита) и вакуумное термическое травление; метод выбирают по химическому составу стали и цели испытания (п. 2.1).

• Травление — для действительного зерна и для зерна аустенита в углеродистых и легированных сталях, закаливающихся на мартенсит или бейнит (п. 2.1.1.1). С поверхности удаляют обезуглероженный слой, готовят микрошлиф и травят; универсальный реактив — насыщенный водный раствор пикриновой кислоты с добавкой поверхностно-активного вещества (п. 2.1.1.4, приложение 1).
• Нагрев для зерна аустенита — по документации на сталь; если режим не указан, низкоуглеродистые стали нагревают до 930 ± 10 °C, остальные — до температуры закалки или на 20–30 °C выше, выдержка от 1 до 3 ч (п. 2.1.1.3).
• Цементация — для цементуемых сталей и углеродистых сталей с углеродом до 0,25 %: нагрев в карбюризаторе при 930 ± 10 °C с выдержкой 8 ч, границы выявляются сеткой вторичного цементита (пп. 2.1.2.1–2.1.2.2).
• Окисление — для конструкционных и инструментальных сталей: границы зёрен аустенита выявляются сеткой окислов (п. 2.1.3.1).

Методы определения величины зерна

ГОСТ 5639-82 перечисляет пять методов: сравнение с эталонными шкалами, подсчёт зёрен на единице площади, подсчёт пересечений границ зёрен отрезками, измерение длин хорд и ультразвуковой (п. 3.2).

1. Сравнение со шкалами. При увеличении 100 (допускается 90–105) просматривают всю площадь шлифа, выбирают несколько типичных мест и сравнивают с эталонами (п. 3.3.1). Шкалы 1 и 2 — для всех сталей и сплавов, шкала 3 — для аустенитных, в которых после травления выявились двойники (п. 3.3.4). При другом увеличении номер пересчитывают по таблице 2 (п. 3.3.5). Расхождение оценок — не более одного номера (п. 3.3.7).
2. Подсчёт зёрен. Поле зрения ограничивают кругом диаметром 79,8 мм или квадратом со стороной 70,7 мм — это 0,5 мм² шлифа при ×100; зёрен на поле — не менее 50, подсчёт — не менее чем в трёх местах, расхождение результатов — не более 50 %. По числу зёрен на 1 мм² и таблице 1 находят номер (пп. 3.4.2–3.4.2.7).
3. Подсчёт пересечений. Каждый отрезок должен пересекать не менее 10 зёрен, измерения — не менее чем в пяти местах шлифа (п. 3.5.2). Для равноосных зёрен определяют средний условный диаметр, для вытянутых — число зёрен в 1 мм³ по шлифам вдоль и поперёк оси (пп. 3.5.3–3.5.4). Для быстрорежущей стали — метод Снейдер-Графа: среднее число зёрен на отрезке 63,5 мм при увеличении 500 (п. 3.5.5).
4. Длины хорд — для разнозернистой структуры: например, при достоверности 90 % и ошибке 10 % пересечённых зёрен должно быть не менее 250 (пп. 3.6.1–3.6.2).
5. Ультразвуковой метод — для готовых изделий (п. 3.7, приложение 6).

Разнозернистая структура: как записывают

Однородная структура соответствует одному эталону и оценивается одним номером. Разнозернистой считают структуру, где зёрна, отличающиеся от преобладающего номера больше чем на единицу, занимают более 10 % площади шлифа. Её оценивают двумя или более номерами в порядке убывания занимаемой площади, при необходимости — с долей каждого в процентах (п. 3.3.6). Средний диаметр и средняя площадь зерна для разнозернистой структуры характеристиками не являются (п. 3.2).

Где определить балл зерна

Испытательная лаборатория SPECTR-LAB определяет балл зерна в разделе «Металлографический анализ (микроструктура)»; там же — описание структур, глубина обезуглероженного слоя и неметаллические включения. Стоимость — от 2 890 ₽, срок — 1–3 рабочих дня, результат — протокол с указанием методики, полученных значений и заключением. Металлографические микроскопы — в разделе «Металлографические микроскопы».

Читайте также: Неметаллические включения в стали: виды и методы определения по ГОСТ 1778-2022, Макрошлиф и микрошлиф: что это и чем они отличаются и Подготовка металлографического шлифа: от резки до финиша.

Нормативные документы

• ГОСТ 5639-82 «Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна»