И особенности их термической обработки

Для получения высокой прочности (до 4000 МПа) в сочетании с достаточной пластичностью, вязкостью, низким порогом хладноломкости и высокой размерной стабильностью при повышенных температурах были созданы мартенситно-стареющие стали – МСС (см. табл). Эти материалы отличаются высокой технологичностью при термообработке, отсутствием трещинообразования, хорошей свариваемостью и возможностью получения равнопрочного сварного шва после старения.

К недостаткам МСС следует отнести: склонность к ликвационной неоднородности (особенно по титану), тепловая хрупкость за счет выделения по границам зерен карбонитридов - Ti(C,N), Мо(C,N) или интерметаллидов Fe₂Mo, сульфидов типа TiS₂, нитридов AlN и других фаз, а также наличие остаточного аустенита.

Принцип создания МСС основан на обеспечении очень низкого содержания углерода (£0,03%С), большого содержания никеля, кобальта, молибдена, хрома, титана и алюминия, при использовании самых совершенных технологий выплавки с целью получения чистого металла по вредным примесям. В настоящее время основное количество таких сталей базируется на следующих системах легирования:

- Fe-Ni (никеля 18-25%) - не являются коррозионностойкими;

-Fe-Ni-Cr (коррозионностойкие, Ni»10%, Cr»10%, Mo»2%);

- Fe-Cr-Co (Ni»7%, Cr»10%, Co»10%, Mo»5%);

-Fe-Ni-Co;

Наибольшее применение в промышленности развитых стран нашла МСС с составом: 18% никеля,5% молибдена, 8% кобальта.

Мартенситно-стареющие стали можно разделить на стали общего и специального назначения (нержавеющие стали). Легирующие элементы располагаются в следующий ряд, по убыванию эффекта упрочняющего воздействия: Ti, Be, Al, W, Mo, Cu. Титан и алюминий являются одними из самых сильных упрочнителей, но в связи с тем, что они резко снижают пластичность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению (образование при 1000-800⁰С карбонитрида Ti(C,N) по границам аустенитных зерен), их суммарное количество обычно не превышает 1%. Бериллий также является сильным упрочнителем, но очень дорог и вреден. Особенно эффективен при легировании МСС бериллий с кремнием. Кобальт увеличивает теплостойкость матрицы. Молибден при содержании более 3% приводит к образованию дисперсных частиц состава Ni₃Mo, (Fe,Ni)₂Mo, (Fe,Co)₂Mo, обеспечивающих оптимальный комплекс свойств. При повышенном содержании в МСС углерода (до 0,1%) в качестве упрочняющей фазы могут присутствовать и карбиды легирующих элементов.

Эффект получения высокого комплекса механических свойств при хорошей технологичности процесса стал возможен благодаря низкому содержанию углерода в металле и совмещению двух механизмов упрочнения- мартенситного превращения при закалке и дисперсионного твердения при последующем отпуске (в литературе применительно к технологии обработки МСС иногда называют эту операцию старением).

Упрочняющая термическая обработка состоит из двух этапов:

- предварительной термообработки с целью уменьшения ликвации и растворения крупных вторичных фаз в твердом растворе. Обычно используется гомогенизация при температурах 1200-1260⁰С (при отсутствии меди). Для уменьшения количества остаточного аустенита в стали при финишной закалке на стадии предварительной термообработки делают ускоренное переохлаждение от температур гомогенизации до 650-800⁰С, осуществляют выдержку (для выделения интерметаллидных фаз и обеднения матрицы по легирующим элементам, а также для повышения температуры Мк) и последующее ускоренное охлаждение;

- окончательная термообработка - закалка (часто используют ступенчатую или многократную) с температур А_С3 +100-200⁰С, выдержка в течение достаточного времени для гомогенизации раствора и последующая закалка. Перекристаллизация аустенита (измельчение зерна) в МСС происходит вследствие рекристаллизации фазонаклепанного аустенита при температурах на 50-200⁰С выше А_С3. После закалки производится старение, а в качестве дополнительных операций возможны холодная деформация ³25% (для сталей с Мк ниже нуля - дополнительно обработка холодом) и старение.

Умягчающая термическая обработка (например, перед деформацией) заключается в закалке из межкритического интервала температур, когда в структуре стали присутствует достаточное количество стабилизированного аустенита, повышающего пластичность и ударную вязкость металла.

Несмотря на высокую стоимость МСС - сталей они нашли довольно широкое применение там, где их себестоимость не имеет особого значения - легковесные военные мосты, корпуса ракет, высоконапряженные конструкции и арматура, прессовые вставки и штампы, шасси вертолетов, детали самолетов, пружинные элементы и т.д.

Приложение 1

Дата добавления: 2014-10-23