Мартенситно - старіючі сталі

Дисперсійно -твердіючі сталі

Їх використовують для деталей, зміцнюючих за рахунок вторинного тверднення, яке проявляється при відпустці загартованих сталей зі структурою мартенситу завдяки виділенню карбідів при температурі 550... 650 º С. Зміст вуглецю в цих сталях не повинно перевищувати 0,3... 0,4 %, щоб не було значного зниження пластичності. Для оптимального зміцнення сталей при вторинному твердінні застосовують комплексне легування хромом, молібденом, ніобієм і ванадієм, при якому максимум вторинного тверднення досягається при Cr = 5 %, Mo = 1... 2 %, V = 0,5 %. Ефект зміцнення обумовлений виділенням дисперсних частинок карбідів хрому (максимум твердіння при 500 º С); карбідів молібдену (550 º С); карбідів ванадію (600 º С). Вводити V > 0,5 % не рекомендується, тому збільшення вмісту карбіду ванадію призводить до зниження пластичності. Приклади високоміцних дисперсійно -твердіючих сталей: 40Х5М2СФ; 40Х5М2СФБ; 40Х5СФБ. Корисним є легування стали кремнієм. При Si = 0,7... 1,2 % підвищується інтенсивність вторинного твердіння.

Мартенситно - старіючі сталі (МСС) представляють собою клас Особово - високопрочних (σв > 1800... 2200 МПа) конструкційних матеріалів. По міцності, в'язкості і технологічності МСС перевершують інші високоміцні матеріали. МСС містять 8... 20 % Ni і кілька легуючих елементів з ряду Ti, Mo, Al, Be, W, V, Mn, Si, що володіють обмеженою розчинністю в α - Fe. Приклади марок МСС: Н18К9М5Т, Н18К12М4Т2, Н17К10В10М2Т. Ці стали практично не містять вуглецю (С < 0,03 %) і зміцнення в них досягається за два етапи: отримання мартенситной структури при загартуванню з 820... 940 º С і подальше старіння мартенситу при 480... 520 º С протягом 2... 3 ч. Нікель при старінні стали дуже впливає на ефективність зміцнення, зменшується розчинність легуючих елементів (Ti, Al, Mo, V та ін) в α - фазі, що призводить до збільшення об'ємної частки виділяються при старінні відповідних інтерметалідних фаз (Ni3Тi, NiAl, Fe2Mo, Ni3V і ін.) Кобальт, як легуючий елемент, не викликає старіння мартенситу Fe - Ni- сталі. Легування кобальтом деяких МСС призводить до додаткового зміцнення при нагріванні. Мартенсит МСС на відміну від мартенситу вуглецевих сталей володіє відносно малою міцністю, не вельми високими пластичністю і в'язкістю. Завдяки низькому коефіцієнту деформаційного зміцнення мартенситу цього класу сталей можна виробляти холодну деформування з великими ступенями обтиску (до 80... 90 %) без застосування проміжних отжигів. Старіння мартенситу призводить до суттєвого підвищення міцності і зниження пластичності і в'язкості. Найбільше зміцнення при старінні досягається при легуванні Ti, Be, Al. При введенні до складу МСС з відносно низькими пластичністю і в'язкістю (сталі з Ti, Al, Si та ін) 1,5... 2,0 % Мо їх міцність практично не змінюється, але істотно збільшується пластичність і в'язкість (Мо як поверхнево- активний елемент ускладнює виділення уздовж кордонів зерен). Важливими достоїнствами МСС є: незначна зміна розмірів після зміцнюючої обробки (Δl / l = - 0,04... 0,07 %); у великих перетинах і навіть при охолодженні на повітрі відбувається повне перетворення аустеніту в мартенсит; хороша зварюваність, штампуемость та обробка різанням. До важливих переваг виробів з МСС відноситься те, що зміцнення досягається в результаті нескладної термічної обробки. Однак МСС, що містять більше 0,4... 0,6 % Ti, схильні до теплового охрупчування при повільному охолодженні починаючи з 1210... 1100 º С або при ступінчастому охолодженні 900... 700 º С (пов'язане з виділенням карбонитридов титану). Для запобігання цього явища застосовують режим термічної обробки, що полягає в нагріванні при 1150... 1200 º С, при якому карбонітриди титану розчиняються в аустеніт, з наступним швидким охолодженням у воді, що дозволяє запобігти їх повторне виділення. Але після такої обробки різко збільшується розмір зерна аустеніту. Для подрібнення зерна необхідна триразова гартування з 900... 925 º С.

МСС доцільно використовувати, перш за все, для виготовлення виробів, які повинні володіти високою питомою міцністю в поєднанні з високою експлуатаційною надійністю. Наприклад, в аерокосмічній і ракетній техніці, для зубчастих передач двигунів літаків і вертольотів, в машинобудуванні - матриці, штампи, прес-форми, робочі осі і оправлення для металорізальних верстатів, чутливі пружні елементи приладів.

Цементуємі сталі – низьковуглецеві сталі з вмістом вуглецю 0,08... 0,25 %, що забезпечує отримання в'язкої серцевини. Для деяких високонавантажених деталей (зубчасті колеса тощо) вміст вуглецю в сталі може бути підвищено до 0,35 %. При легуванні цементуемих конструкційних сталей, як правило, здійснюється комплексне легування декількома елементами. Наприклад, стали 18ХГТ, 30ХГТ, 20ХГР, 12ХН3А, 18Х2Н4МА. Добавки молібдену до 0,3... 0,5 % в хромонікелеєві і Хромомарганцевие стали збільшують прокаливаемость цементованного шару (стали 25ХГМ, 20ХНМ). Бор (0,001... 0,005 %) збільшує прокаливаемость серцевини. Широко застосовується легування цементуемих сталей елементами, що затримують зростання зерна аустеніту при нагріванні (титаном або ванадієм). Сприятливо легування цементуемих сталей нікелем, який підвищує в'язкість цементованного шару і серцевини і знижує температуру хладноломкости (сталі 12ХН3А, 18ХГСН2МА). Введення кремнію дозволяє підвищити ударно- втомну витривалість хромонікелевих цементуемих сталей.

Цементацію проводять в газовій, рідкої і твердої середовищах. Цементація є трудомістким і тривалим процесом. Глибина цементованной зони може бути різною для різних деталей і становить 0,3... 2,5 мм залежно від розмірів і призначення виробу. Вплив легуючих елементів на глибину цементованного шару визначається їх впливом на коефіцієнт дифузії і концентрацію вуглецю в поверхневому шарі. Оптимальний вміст вуглецю після цементації в поверхневому шарі становить 0,8... 0,9 %.

Цементацію проводять в аустенітної області (920... 980 º С), іноді при 980... 1050 º С (високотемпературна цементація для сталей з спадково дрібним зерном). Після цементації термічна обробка виробів полягає в загартуванні (з 840... 860 º С) і низькотемпературному відпустці (180... 200 º С).

У легованих сталях після цементації і гарту крім мартенситу і карбідів присутній також залишковий аустеніт. Після цементації, загартування і низького відпустки основна структура поверхневого шару, що містить 0,8... 0,9 % С, - нізкоотпущенний мартенсит з дрібними сфероїдальну карбидами, добре чинить опір зносу, твердість поверхні 750... 950 HV. Серцевина деталі, що містить 0,08... 0,25 % С, залишається в'язкою. Цементації звичайно піддають деталі машин, які повинні мати зносостійку робочу поверхню і в'язку серцевину: зубчасті колеса, вали і пальці, розподільні валики, кулачки і т.п.

Азотіруемие стали: 38Х2МЮА, 30Х3ВА, 30ХН2ВФА, 20Х3МВФА, 25Х2МФА та ін Найбільш висока поверхнева твердість при азотуванні досягається в хромомолібденових сталях, додатково легованих алюмінієм, типовим представником яких є сталь 38Х2МЮА, що містить, %: 0,35... 0,42 С; 1,35... 1,65 Cr; 0,7... 1,10 Al і 0,15... 0,25 Мо. Комплексне легування Cr, Mo Al дозволяє підвищити твердість азотированного шару до 1200 HV. Молібден також усуває відпускну крихкість, яка може виникнути при повільному охолодженні від температур азотування.

Азотування - процес дифузійного насичення азотом поверхневої зони деталей при температурі 500... 600 º С. До азотування деталі піддають гарту, високому відпуску (поліпшенню) і чистової обробки. Азотування конструкційних сталей проводять для підвищення їх твердості, зносостійкості, теплостійкості і корозійної стійкості (колінчаті вали, гільзи циліндрів та ін.) Процес азотування тривала операція. Так при звичайному азотуванні стали 38Х2МЮА дифузійну зону товщиною 0,5 мм отримують при 500... 520 º С за 55 годин витримки. Таку ж товщину зони можна отримати за 40 год, якщо застосувати двоступінчастий режим азотування: 510 º С, 15 год і 550 º С, 25 ч. Висока твердість і зносостійкість азотіруемих конструкційних сталей забезпечується нитридами легуючих елементів (CrN, MoN, AlN), однак через наявність вуглецю при азотуванні фактично утворюються карбонітридним фази. Азотування підвищує теплостійкість конструкційних легованих сталей. Наприклад, робочі температури азотіруемих деталей із сталей 38Х2МЮА і 25Х2МФА складають 400... 490 º С

Процес одночасного насичення стали вуглецем і азотом в газовому середовищі називається нитроцементацией. Нітроцементація проводять при більш низьких температурах (850... 870 º С) у порівнянні з цементацією. Нітроцементаціі зазвичай піддають леговані сталі з вмістом до 0,25% С (наприклад, стали 18ХГТ, 25ХГМ та ін.) Термічна обробка після нитроцементации - гартування з низьким відпусткою.

20ХНМ 18Х2Н4

Дата добавления: 2015-05-06