Термическая обработка мартенситно-стареющей стали. Марки и химический состав сталей ПП и РП Тип Марка Содержание элементов, % С Si Mn Cr Не более

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 К_1с для улучшенной конструкционной стали мартенситного класса типа 40ХН2МА равно ~16 МПа × м^1/2, то для стали Н18К9М5Т при том же уровне предела текучести оно равно 32...40 МПа×м^1/2.

Таблица 19