Упрочняющие фазы
Механизмы упрочнения
Марки и химический состав сталей ПП и РП
Тип | Марка | Содержание элементов, % | |||||||
С | Si | Mn | Cr | Не более | Ti | P и S не более | |||
Ni | Cr | ||||||||
ПП | 0,55-0,63 | 0,1-0,3 | £0,2 | £0,15 | 0,25 | 0,2 | 0,1-0,3 | 0,04 | |
У6 | 0,52-0,58 | £0,25 | £0,25 | £0,13 | 0,2 | 0,2 | – | 0,035 | |
РП | 47ГТ | 0,44-0,51 | £0,17 | 1,0-1,2 | £0,25 | 0,25 | 0,2 | 0,06-0,12 | £0,04 |
ШХ4 | 0,95-1,05 | 0,15-0,30 | 0,15-0,3 | 0,35-0,45 | 0,3 | 0,25 | – | £0,02 |
Сталь ШХ4 применяется для изготовления подшипников качения крупных серий, например, для подшипников железнодорожного транспорта.
Нагрев при закалке этих сталей в печах или их охлаждение в обычных закалочных устройствах дает отрицательный результат.
Л 11. Мартенситно-стареющие стали. – 2 ч.
Как было показано выше, использование традиционных методов создания высокопрочного состояния стали посредством легирования железа углеродом и последующей закалкой на мартенсит, нельзя добиться одновременно высокой прочности и высокой вязкости стали. Это связано с морфологией углеродистого мартенсита. Поэтому были предприняты попытки по использованию других механизмов упрочнения сплавов на основе железа, которые привели к созданию безуглеродистых сталей, где углерод является нежелательной примесью.
|
|
Анализируя можно прийти к выводу, что значительное упрочнение с минимальной потерей вязкости можно получить, используя механизмы зернограничного и дисперсионного упрочнения. Для этого необходимо в стали получить сверхмелкое зерно и упрочнить твердый раствор дисперсными интерметаллидами.
Из всех фаз, существующих в стали, самым мелким зерном обладает мартенсит. Поэтому можно использовать мартенситное превращение для получения мелкозернистой структуры. Мартенситное превращение протекает в безуглеродистых сплавах железа с никелем (¢–фаза с ОЦК решеткой) и сплавах железа с марганцем (,¢и″– фазы с ГПУ решеткой).
Легирование железа марганцем интенсивно стабилизирует аустенит и в закаленном Fe–Mn-сплаве после закалки остаются крупные зерна аустенита.
Никель в меньшей мере стабилизирует аустенит и в пределах концентраций никеля в железе 8...24 % образуется структура реечного мартенсита без остаточного аустенита. Пакеты реечного мартенсита имеют ячеистую дислокационную структуру и поэтому он обладает достаточно высокой вязкостью. Но прочность его невысока.
Вторым легирующим элементом должен быть элемент, имеющий ограниченную растворимость в железоникелевой матрице. Таковым является молибден, предельная растворимость которого при температуре ¢– перехода составляет ~ 6 %, а при комнатной температуре около 3 %. Молибден за пределами растворимости образует с железом интерметаллидную фазу Fe2Mo, а с никелем – Ni3Mo.
|
|
Кроме молибдена, ограниченную растворимость в Fe–Ni -матрице имеют Ti, Be, Al, W, Cu и некоторые другие элементы.
Положительно влияет комплексное легирование при совместных добавках молибдена и кобальта – в этом случае интенсивность упрочнения при старении существенно возрастает. Такое влияние кобальта связывают с уменьшением растворимости молибдена в a-железе (10 % Со уменьшает растворимость молибдена на1,5 %), а также с протеканием процесса упорядочения в системе Fе–Со с образованием областей ближнего порядка. Кроме того, кобальт увеличивает теплостойкость матрицы. Поэтому присутствие кобальта в составе мартенситно-стареющих сталей желательно. Однако высокая стоимость кобальта привела к созданию группы экономно легированных сталей, не содержащих Со, а также имеющих в составе пониженную концентрацию никеля и молибдена и повышенное содержание углерода.
Введение в сталь хрома снижает вязкость, но делает сталь коррозионностойкой и теплостойкой. Такие стали нашли применение при изготовлении штампов для горячей штамповки.
В табл. 19 показаны типовые фазы, выделяющиеся при старении в сталях с различным легированием.
Качественно можно оценить свойства мартенситно-стареющей стали по уравнениям Цупакава и Уэхара:
= 11+ 42,4 %Ni + 158,5 %Mo + 37,7 %Co + 322,4 %Ti, МПа и
= 44,12 – 0,46 %Ni – 2,42 %Mo – 0,6 %Co – 5,2 %Ti, %.
Важным преимуществом мартенситно-стареющих сталей перед другими высокопрочными материалами является необычно высокое сопротивление хрупкому разрушению. Так, если значение К1с для улучшенной конструкционной стали мартенситного класса типа 40ХН2МА равно ~16 МПа × м1/2, то для стали Н18К9М5Т при том же уровне предела текучести оно равно 32...40 МПа×м1/2.
Таблица 19