Головна |
високоміцні сталіЗ кожним роком зростає потреба в матеріалах, що володіють високою міцністю і разом з цим необхідними пластичністю і в'язкістю. У звичайних конструкційних сталях межа міцності ?в як правило, отримують не більше 1100-1200 МПа, так як при більшій міцності сталь практично стає крихкою. Стали, в яких підбором хімічного складу та оптимальної термічної обробки отримують ?в = 1800 ... 2000 МПа, називають високоміцними. Високоміцне стан може бути отримано кількома способами. Один з таких способів - легування середньовуглецевих сталей (0,4-0,5% С) хромом, вольфрамом, молібденом, кремнієм і ванадієм. Ці елементи ускладнюють разупрочняется процеси при нагріванні до 200-300 ° С. При цьому отримують дрібне зерно, що в свою чергу знижує порігхладноломкості, збільшує опір крихкому руйнуванню. Наприклад, сталь, що містить 0,4% С; 5% Сг; 1% Мо і 0,5% V, після гарту в маслі і низького відпустки при 200 ° Сімеет?в= 2000 МПа при?= 10%,?= 40% і KCU= 0,3 МДж / м2. Сталі30ХГСНА, 40ХГСНЗВА, 30Х2ГСН3ВМі т. П. Після термічної обробки на структуру нижнього бейнита (гарт і низький відпустку або изотермическая гарт) набувають високу міцність - така обробка повідомляє сталей меншу чутливість до надрізів. міцність ?в»1600 ... 1850 МПа при?»15 ... 12% іKCU =0,4 ... 0,2 МДж/ м2. Висока міцність легованих конструкційних сталей може бути отримана і за рахунок застосування термомеханічної обробки (ТМО). Так, сталі30ХГСА, 40ХН, 40ХНМА, 38ХН3МАпосле НТМО мають тимчасовий опір розриву до 2800 МПа, відносне подовження і ударна в'язкість збільшуються в 1,5-2 рази в порівнянні зі звичайною термічною обробкою. Пояснюється це тим, що часткове виділення вуглецю з аустеніту при деформації полегшує рухливість дислокацій усередині кристалів мартенситу, що і сприяє підвищенню пластичності (охрупчивание при загартуванню сталей пояснюється саме малої рухливістю дислокацій в мартенсите при значному вмісті в ньому вуглецю). Мартенсітностареющіе стали (В американській літературі ці стали називають Марейджінг). Ці стали поєднують високі властивості міцності з хорошою пластичністю і в'язкістю. Досягається це легированием і спеціальною термічною обробкою. Їх переваги - висока технологічна пластичність при обробці тиском в широкому інтервалі температур; відсутність трещинообразования при охолодженні з будь-якими швидкостями після обробки тиском; хороша зварюваність. Недоліком цих сталей є їх схильність до ліквації. Мартенсітностареющіе стали відносяться до високолегованих сталей. Основним легуючим елементом є нікель (10-26%). Крім того, розрізняючи за складом, різні марки цих сталей містять 7-9% З; 4,5-5% Мо; 5-11% Сг; 0,1- 0,35 А1; ~ 0,15-1,6% Ti; іноді ~ 0,3-0,5% Nb; ?0,2% Si, Mn; <0,01% S, Р кожного. Титан і алюміній вводять для утворення інтерметалідів. У мартенсітностареющіх сталях прагнуть отримати мінімальну кількість вуглецю (?0,03%), так як вуглець, утворюючи з легуючими елементами карбіди, сприяє охрупчіванію сталей. Крім того, при цьому знижується вміст легуючих елементів в твердому розчині. Термічна обробка таких сталей полягає в загартування з 800-860 ° С, охолодженні на повітрі і потім відпустці - старінні. Легуючі елементи з залізом утворюють тверді розчини заміщення. Тому при загартуванню мартенситних перетворення протікає по другому механізму, т. Е. Утворюється рейковий (масивний) мартенсит, для якого характерна висока щільність дислокацій (до 1011-1012 см). Для їх закріплення потрібно більше 0,2% С, а в цих сталях його зміст ?0,03%. Крім того, нікель і кобальт зменшують ступінь закріплення дислокацій атомами вуглецю і азоту, знижують опір решітки мартенситу ковзанню дислокацій, тому дислокації в цих сталях після гарту мають високу рухливістю, сталь дуже пластична. після гарту ?в »900 ... 1100 МПа, а ?» 14 ... 20%, ? »70 ... 80% і KCU» 2,0 ... 3,0 МДж / м2. Вироби з цих сталей отримують пластичною деформацією після гарту заготовок. Дислокаційна структура, отримана після гарту, дуже стійка, зберігається при нагріванні до 500 ° С. Зміцнення стали відбувається в процесі відпустки - старіння, який проводять при 480-500 ° С, за рахунок перерозподілу легуючих елементів. Це призводить до утворення зон концентраційної неоднорідності і виділенню інтерметалідних фаз NiTi, Ni3 (Ti, Al), FeMo2 в високодисперсному стані. Найбільше зміцнення спостерігається, коли інтерметалідних фази знаходяться на стадії предвиделенія, т. Е. Коли вони ще когерентно пов'язані з твердим розчином і їх розмір не перевищує 2-5 нм. Відомо, що в твердому стані зародження нової фази переважно відбувається на дефектах решітки, зокрема на дислокаціях. Дисперсні частинки, виділяючись на дислокаціях, закріплюють їх. Дислокації втрачають рухливість, міцність збільшується. Чим дрібніше частинки інтерметалідів, тим більше зміцнення стали. Звідси такий вузький інтервал нагріву при старінні. Встановлено, що чим вищий вміст нікелю, то більша зміцнення стали при однаковому вмісті алюмінію і титану. Найкраще поєднання властивостей виходить при введенні в сталь 20 ... 25% Ni. Після термічної обробки мартенсітностареющіх сталей отримують ?в »2400 ... 2800 МПа, при ?» 12%, ? »40% і KCU = 1 МДж / м2 (Табл. 9). Табл.9. Склад і механічні властивості мартенсітностареющіх сталей
Висока вартість легуючих елементів, а також дефіцитність нікелю і кобальту обмежують широке застосування таких сталей. Тому з'явилися так звані «Економнолегированниє» Мартенсітностареющіе стали: Н8Х6МТЮ, 10Н4Г4Х2МЮ, Н12М2Д2ТЮ, Н8ГЗМ4 і ін. Мартенсітностареющіе стали використовують для виготовлення шасі літаків, оболонок космічних літальних апаратів, прецизійних хірургічних інструментів і штампів і т. Д. Використовують ці сталі і для кріогенної техніки, так як і при негативних температурах, вони мають високу міцність у поєднанні з достатньою пластичністю. покращувані стали | Пружинно-ресорні стали Класифікація та маркування вуглецевих і легованих сталей | Класифікація сталей | Дефекти легованих сталей | цементуемие стали | Шарикопідшипникових стали | зносостійкі стали | Будівельні стали | |