АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология
|
Химический состав и механические свойства мартенситно-стареющих сталей
Марка стали
| Содержание элементов
| σв
| σ0,2
| δ
| ψ
| KCU
| KCT
| МПа
| %
| МДж/м2
| 03Н18К9М5Т
03Н12К15М10
03Х11Н10М2Т
| 18 Ni; 9 Co; 5 Mo; 0,9 Ti
12 Ni; 15 Co; 10 Mo
11 Cr; 10 Ni; 2 Mo; 0,9Ti; 0,2 Al
|
|
|
|
| 0,5
0,3
0,5
| 0,20
–
0,2
|
Мартенситно-стареющие стали закаливают от 800 – 860 °C на воздухе. При нагреве легирующие элементы Ti, Be, A1, Cu, Mo, обладающие ограниченной и переменной растворимостью в Feα, переходят в γ-раствор и при охлаждении не выделяются. Закалка фиксирует пересыщенный железоникелевый мартенсит. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентрации углерода дислокации в нем обладают высокой подвижностью. Поэтому железоникелевый мартенсит при прочности σв = 900...1000 МПа имеет высокую пластичность (δ = 18...20 %, ψ = 75...85 %), вязкость (KCU = 2...3 МДж/м2) и малую способность к упрочнению при холодной деформации. Последнее позволяет деформировать закаленные стали с большими степенями обжатия.
Основное упрочнение достигается при старении (480 – 520 °C), когда из мартенсита выделяются мелкодисперсные частицы вторичных фаз (Ni3Ti, NiAl, Fe2Mo, Ni3Mo и др.), когерентных с матрицей. Наибольшее упрочнение при старении вызывают Ti и А1, меньшее – Сu и Мо. Для мартенситно-стареющих сталей характерен высокий предел текучести (табл. 9.10) и более высокий, чем у лучших пружинных сплавов, предел упругости (σ0,002 = 1300 МПа), низкий порог хладноломкости.
При прочности σв = 2000 МПа и более стали разрушаются вязко, хотя сопротивление распространению трещины у них невелико (КСТ ≈ 0,2МДж/м2). Малая чувствительность к надрезам, высокое сопротивление хрупкому разрушению обеспечивают высокую конструкционную прочность изделий в широком диапазоне температур от криогенных до 450 – 500 °C. При содержании Cr около 12 % стали являются коррозионно-стойкими.
Другое важное достоинство этого класса сталей – высокая технологичность.
Они обладают неограниченной прокаливаемостью, хорошо свариваются, до старения легко деформируются и обрабатываются резанием. При термической обработке практически не происходит коробления и исключено обезуглероживание.
Стали со стареющим мартенситом, несмотря на высокую стоимость, применяют для наиболее ответственных деталей в авиации, ракетной технике, судостроении и как пружинный материал в приборостроении.
· Метастабильные аустенитные стали (трипстали) – особый класс высокопрочных материалов повышенной пластичности. Они относятся к высоколегированным сталям. Их состав ориентировочно (согласно маркировке) можно выразить в виде 25Н25М4Г, 30Х9Н8М4Г2С2. Его подбирают таким образом, чтобы после закалки от температуры 1000 – 1100 °C стали имели устойчивую аустенитную структуру (Mн лежит ниже 0°), которая обладает высокой вязкостью, но низким пределом текучести. Для упрочнения стали подвергают специальной тепловой обработке – пластической деформации с большими степенями обжатия (50 – 80%) при температуре 400 – 600 °C, лежащей ниже температуры рекристаллизации. При этом деформационное упрочнение (наклеп) совмещается с карбидным упрочнением, развивающимся в результате деформационного старения. Насыщенная дислокационная структура, создаваемая пластической деформацией, дополнительно стабилизируется выделяющимися дисперсными частицами карбидов. В результате деформационно-термического упрочнения предел текучести повышается до 1800 МПа. При этом сталям свойственны высокая пластичность (больше 20%) и трещиностойкость. Значения δ и K1C у этих сталей больше, чем у других высокопрочных сталей (рис. 16.4).
Высокая пластичность и вязкость разрушения обусловлены развитием мартенситного превращения в процессе деформирования. Дело в том, что при тепловой обработке аустенит обедняется углеродом и легирующими элементами и становится менее устойчивым (метастабильным). Благодаря этому повторная пластическая деформация вызывает превращение метастабильного аустенита в мартенсит деформации. Механизм повышения пластичности и вязкости разрушения связан с «залечиванием» – локальным упрочнением аустенита в участках пластического течения (в том числе и у вершин движущейся трещины). Образующийся в таких участках мартенсит деформации упрочняет их настолько, что они перестают быть слабыми участками и деформация распространяется на соседние участки.
Применение метастабильных аустенитных сталей ограничивается сложностью деформационно-термического упрочнения. Для высоких степеней деформации при низких температурах требуются мощные деформирующие средства. Области применения сталей: детали авиаконструкций, броневой лист, проволока тросов и др.
На рис. 16.5 показаны области значений прочности и пластичности высокопрочных сталей различных классов. Видно, что наибольшей прочностью обладают среднеуглеродистые стали после термомеханической обработки, а наибольшей пластичностью при одинаковой прочности – метастабильные аустенитные стали.
|