Термическая обработка мартенситно-стареющей стали

Упрочняющие фазы в мартенситно-стареющих сталях

Следует отметить, что мартенситно-стареющие стали в состоянии высокой прочности по уровню ударной вязкости (KCU) мало отличаются от других высокопрочных конструкционных сталей. Однако температура порога хладноломкости у них гораздо ниже, а значение КСТ выше, чем у углеродосодержащих высокопрочных сталей (КСТ = 0,25...0,30 вместо 0,06...0,08 МДж/м²).

В настоящее время мартенситно-стареющие стали находят все большее применение для изготовления деталей высокой ответственности в области вооружения, авиационной и космической техники и других отраслях промышленности, где требуется высокая надежность и малый вес используемых конструкций. Стали с повышенным содержанием углерода (до 0,03 %) Х11Н10М2Т, Х12Н8М2ТЮ, Х16К4М4Т2Ю, Х12Н4К15М4Т обладаютвысоким значением условного предела упругости и релаксационной стойкостью. Поэтому они находят применение для изготовления пружин специального назначения [15].

Термическая обработка мартенситно-стареющих сталей состоит из двух операций: закалки и последующего старения.

Так как стали в результате высокого легирования обладают большой устойчивостью аустенита, их охлаждение при закалке можно проводить в масле или на воздухе. Стали не чувствительны к перегреву. Температура нагрева определяется полнотой растворения интерметаллидов и гомогенизацией аустенита.

После закалки сталь обладает низкой твердостью и высокой пластичностью, поэтому ее можно обрабатывать резанием и подвергать пластической деформации.

Окончательные свойства стали приобретают после старения, которое про­водят при температурах 470...530 ^о С в зависимости от марки стали.

Изменяя в небольших пределах температуру закалки относительно рекомендуемых пределов, можно повысить или понизить прочность стали в состаренном состоянии. Повышение температуры приводит к увеличению прочности и снижению пластичности и вязкости при тех же режимах старения. Но больший эффект изменения комплекса свойств дает изменение режимов старения. Для примера на рис. 95 приведен график изменения условного предела текучести экономнолегированной стали 03Х11Н10М2Т, закаленной от температуры 950 ° С и состаренной в широких интервалах температурного диапазона и времени старения.

Такие графики и их математические модели были получены для различных свойств в результате реализации центрального плана и обработки результатов эксперимента с помощью программы “STATISTICA”. Пример для изменения ударной вязкости в результате старения в широком интервале температур и времен старения показан на рис. 96. Статистическая обработка позволяет получать не только наглядную картину изменения свойств стали после термической обработки в различных температурно-временных условиях, но и получать математические модели, описывающие процесс упрочнения стали с доверительной вероятностью 0,98. Наличие математических моделей изменения различных свойств при термической обработке позволяет решать задачи выбора режимов термической об­ра­ботки способных обес­печить комплекс свойств стали, определяющий дол­­говечность изделия.

Мартенситно-старе­ю­щие стали приобретают необходимые свойства не на стадии закалки, а в процессе старения.

Рис. 95. Изменение предела прочности стали 03Х11Н10М2Т в зависимости от температуры и времени старения Рис. 96. Изменение ударной вязкости стали 03Х11Н10М2Т в зависимости от температуры и времени старения

Эта особенность позволяет изготав-ливать из них детали высокой точности. Наибольшую деформа-цию заготовки приобретают в процессе охлаждения при закалке за счет термических напряже-ний и фазового перехода аустенита в мартенсит. Углеродистые стали (в том числе легированные) облада-ют в закаленном состоянии плохой обрабатываемостью и низкой пластичностью, что не позволяет их подвергать правке пос-редством деформации.

Мартенситно-старею-щие стали менее склонны к деформации при закалке, а в закаленном состоянии пластичны и легко подвергаются правке и механической обработке. В процессе же старения выделение упрочняющих фаз не приводят к объемным изменениям, что позволяет сохранять форму и размеры детали, приданные ей после закалки. Поэтому их можно использовать для изготовления прецизионных деталей.

Л 20. Пружинные стали. – 2 ч.