АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Механические свойства высокопрочных сталей

Примечание. В числителе – свойства после закалки с 900 °C и низкого отпуска при 250 °C, в знаменателе – после изотермической закалки.

В самолетостроении широко применяют сталь 30ХГСНА, которая представляет собой хромансиль, улучшенную введением 1,6% Ni. Ее используют для силовых сварных конструкций, деталей фюзеляжа, шасси и т.п. При σ_в до 1650 МПа сталь подвергают изотермической закалке, поскольку по сравнению с низкоотпущенным состоянием она обеспечивает меньшую чувствительность к надрезам и более высокое сопротивление разрушению.

· Среднеуглеродистые стали, упрочненные термомеханической обработкой. Термомеханическая обработка (ТМО) совмещает два способа упрочнения: пластическую деформацию аустенита и закалку в единый технологический процесс. Такое комбинированное воздействие применительно к среднеуглеродистым легированным сталям (30ХГСА, 40ХН, 40ХН2МА, 38ХНЗМА и др.) обеспечивает высокую прочность (на образцах небольшого размера σ_в = = 2000...2800 МПа) при достаточном запасе пластичности и вязкости.

В зависимости от условий деформации аустенита (выше или ниже температуры рекристаллизации) различают соответственно высокотемпературную (ВТМО) и низкотемпературную (НТМО) термомеханическую обработку.

При ВТМО (рис. 16.3, а) сталь деформируют при температуре выше температуры А₃ и сразу закаливают с тем, чтобы не допустить развития рекристаллизации аустенита. При НТМО (рис. 16.3, б) деформация проводится в области повышенной устойчивости аустенита (400 – 600 °C). Рекристаллизации при этих температурах не происходит, однако необходимо избегать образования бейнитных структур.

ТМО обоих видов заканчивается низким отпуском при 100 – 200 °C. При ТМО повышается весь комплекс механических свойств и особенно пластичность и вязкость, что наиболее важно для высокопрочного состояния. По сравнению с обычной обработкой прирост прочности при ТМО составляет
200 – 500 МПа, т.е. 10 – 20 %. Характеристики пластичности и вязкости повышаются в 1,5 – 2 раза.

Улучшение комплекса механических свойств обусловлено формированием специфического структурного состояния. Деформация создает в аустените высокую плотность дислокаций, образующих из-за процесса полигонизации устойчивую ячеистую субструктуру, которая наследуется мартенситом при закалке. При этом субграницы тормозят движение дислокаций и локализируют деформацию внутри зерна; в результате прочность повышается. В то же время субграницы ведут себя как полупроницаемые барьеры. Они допускают прорыв дислокаций, их передачу из мест скоплений в соседние субзерна. Это вызывает пластическую релаксацию локальных напряжений и служит причиной повышения пластичности и вязкости.

Наибольшее упрочнение (σ_в < 2800 МПа) достигается при НТМО. Однако ее проведение технологически более сложно, чем ВТМО. Она требует мощных деформирующих средств, так как для получения высокой прочности необходимы большие степени обжатия (50 – 90 %), а аустенит в области температур
400 – 600 °C не столь пластичен. Ее можно применять для изделий небольшого сечения и простой формы (лист, лента, прутки). Кроме того, НТМО пригодна для легированных сталей с большой устойчивостью переохлажденного аустенита.

ВТМО обеспечивает меньшее упрочнение (σ_в < 2400 МПа), но более высокие пластичность и вязкость. Это обусловлено тем, что при высокой температуре трудно избежать частичной рекристаллизации аустенита. Она уменьшает также чувствительность к трещине (К_1с возрастает на 20 – 50 %), снижает порог хладноломкости, повышает сопротивление усталости и затрудняет разупрочнение при отпуске, что связано с устойчивостью ячеистых дислокационных структур мартенсита. Особенно эффективна ВТМО для чистого вакуумированного металла. Кроме того, ВТМО более технологична, так как аустенит выше точки А₃ пластичен и стабилен. При деформации не требуются большие степени обжатия; предельное упрочнение – 20 – 40%. Для ВТМО пригодны любые конструкционные стали.

Область ВТМО расширяет явление обратимости эффекта упрочнения, которое состоит в том, что свойства, полученные при ВТМО, наследуются после повторной закалки. Это позволяет закладывать определенный ресурс свойств в стальные полуфабрикаты в тонких сечениях (ленты, листы, трубы), подвергая их ВТМО на металлургическом заводе.

Улучшить свойства среднеуглеродистых легированных сталей можно холодной пластической деформацией низкоотпущенного мартенсита. Небольшая деформация (5 – 20 %) увеличивает временное сопротивление и особенно предел текучести сталей.

Наиболее высокая прочность (σ_в ≈ 3000 МПа) получена сочетанием ВТМО с последующей холодной пластической деформацией низкоотпущенных среднеуглеродистых сталей.

· Мартенситно-стареющие стали. Это особый класс высокопрочных материалов, превосходящих по конструкционной прочности и технологичности рассмотренные среднеуглеродистые стали. Их основа – безуглеродистые
(< 0,03 % С) сплавы железа с 8 – 25 % Ni, легированные Со, Mo, Ti, A1, Cr
и другими элементами (табл. 16.10).

Высокая прочность этих сталей достигается совмещением двух механизмов упрочнения: мартенситного γ → α-превращения и старения мартенсита.
Небольшой вклад вносит также легирование твердого раствора.

Никель стабилизирует γ-твердый раствор, сильно снижая температуру
γ → α-превращения (см. рис. 16.11), которое даже при невысоких скоростях охлаждения протекает по мартенситному механизму.

Таблица 16.10

Дата добавления: 2015-01-18 | Просмотры: 936 | Нарушение авторских прав