Мартенситно-стареющие высокопрочные стали

Высокая конструктивная прочность изделия достигается только тогда, когда оно изготовлено из материала, обладающего большой прочностью и высоким сопротивлением хрупкому разрушению. Это обеспечивает малую чувствительность стали к концентраторам напряжений, а как следствие этого, высокую эксплуатационную надежность. Этим требованиям в значительной степени отвечают безуглеродистые (£ 0,03% С) мартенситно-стареющие стали (углерод и азот – вредные примеси, снижающие пластичность и вязкость стали).

Мартенситно-стареющие стали представляют собой сплавы железа с никелем (8 – 20%), а часто и с кобальтом. Для протекания процесса старения в мартенсите сплавы дополнительно легируют Ti, Be, Al, Nb, W, Mo.

Упрочнение этих сталей достигается в результате получения мартенситной структуры в процессе закалки и старения мартенсита. Наличие остаточного аустенита снижает эффект старения.

Никель и кобальт, уменьшая растворимость Ti, Al, Mo и W в a- железе, способствуют упрочнению при старении и одновременно повышают сопротивление хрупкому разрушению. Кобальт, повышая точку М_н, позволяет увеличить концентрацию в стали элементов, вызывающих упрочнение при старении, но резко снижающих точку М_н. При введении кобальта, таким образом, уменьшаетсявероятность получить после закалки много остаточногоаустенита. Наиболее эффективно упрочняют сталь при старении Be, Ti и Al, образуя упрочняющие фазы – NiBe, NiTi, Ni₃Ti, NiAl, (Ni, Fe)Al и др.

Хром упрочняет мартенсит Fe – Ni – Ti и Fe – Ni – Al при старении и повышает сопротивление коррозии. Марганец вызывает старение Fe – Ni мартенсита, но понижает вязкость и пластичность состаренного мартенсита.

Наиболее широкое применение в технике получила высокопрочная мартенситно-стареющая сталь Н18К9М5Т, содержащая <0,03% С, ~18% Ni, ~9% Со, ~5% Мо, ~0,7% Ti. Сталь закаливают на воздухе с 800 – 850°С. Нагрев до более высоких температур ведет к росту зерна и к снижению пластичности. После закалки сталь состоит из безуглеродистого мартенсита, имеющего наряду с повышенной прочностью, хорошую пластичность и вязкость: s_в =110 – 120 кгс/мм²; s_0,2 =95 – 110 кгс/мм²; d =18 – 20%; y =70 – 80% и а_н =20 – 25 кгс·м/см². Таким образом, характерной особенностью безуглеродистого мартенсита является высокая пластичность и вязкость. Для него также типична малая степень упрочнения при холодной пластической деформации. В закаленном состоянии сталь сравнительно легко обрабатывается давлением, резанием и хорошо сваривается.

Старение при 480 – 520°С повышает прочность, но снижает пластичность и вязкость.[1] Механические свойства после старения: s_в =190 – 210 кгс/мм²; s_0,2 =180 – 200 кгс/мм²; d =8 – 12%; y =40 – 60% и а_н =4 – 6 кгс·м/см². Упрочнение при старении связано с выделением из мартенсита дисперсных частиц (40—80А°) интерметаллидов типа Ni₃Ti, NiTi и Fe₂Mo (фаза Лавеса).[2] Высокое сопротивление хрупкому разрушению объясняется тем, что старение протекает в матрице равномерно обладающей к тому же повышенной пластичностью и вязкостью.

Сталь Н18К9М5Т имеет высокий предел упругости (s_0,002 = 150 кгс/мм²) и поэтому может применяться для пружин.

При низких температурах прочностные свойства, как это обычно наблюдается в стали, возрастают, но при сохранении повышенной пластичности и вязкости. При – 196°С: s_0,2 = 240 кгс/мм², d = 9% и а_н =3 кгс×м/см².

Кроме стали Н18К9М5Т, нашли применение менее легированные мартенситно-стареющие стали Н12К8М3Г2, Н10Х11М2Т (s_в = 140 – 150 кгс/мм²) Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ (s_в =160 – 180 кгс/мм²) и др.

Мартенситно-стареющие стали с 10 – 12% Сr обладают хорошей сопротивляемостью коррозии в том числе и под напряжением.

Мартенситно-стареющие стали применяют в авиационной промышленности, в ракетной технике, в судостроении, в приборостроении для упругих элементов, в криогенной технике и т. д. Эти стали дорогостоящие.

Дата добавления: 2014-12-23