потёмкин (материаловедение. металлы. Потёмкин), страница 12

Благодаря снижению критической скорости закалки можно закаливать сталь на мартенснт в масле, а сильнолегированные стали — даже на воздухе. В результате более сгюкойного охлаждения гас кр т О Рис. 1 уровень внутренних напряжений в закаленной детали понижается, деталь меньше коробится, снижается возможность образования закалочных трещин. Ввиду снижения критической скорости охлаждения легированные стали имеют более высокую прокаливаемость, чем нелегированные стали. Поэтому из легированных сталей изготавливают упрочняемые закалкой детали более крупных размеров, чем из углеродистых сталей.

Легируюшие элементы влияют на температуру полиморфного превращения железа (рис. 2). Элементы, главным образом с ОЦК- решеткой, изоморфной с Ге, 1Сг, Ъ', %, Мо, ХЬ), понижают критическую точку А4 и повышают критическую точку А3. Они стабилизируют модификацию Ге, и способствуют получению феррит- 2,'С 1539 й 'й 1539 1392 1392 ля ед й; Мв, 'г"4 У,й а~ Ре Рис. 2 2. Классификация легированных сталей Существуют различные классификации сталей, разграничивающие их по качеству, составу, назначению и структуре. Классификация по структуре является основной. ной структуры (рис. 2, а).

Элементы, в основном с ГЦК-решеткой, изоморфной с Ге снижают Аз и повышают А4 и стабилизиу руют Ге, т.е. способствуют образованию аустенитной структуры 1рис. 2, 6). К таким элементам относятся никель, марганец и углерод. В соответствии с классификацией, предложенной Гийе, выделяются три основных класса сталей: перлитный, мартенситный и аустенитный. По существующему стандарту кроме мартенситного и аустенитного классов имеются также легированные стали ферритного класса, аустенитно-мартенситного, мартенситно-феррит- ного и аустенитно-ферритного классов. При классификации сталей образцы небольших размеров подвергают нормализации с температуры около 900'С, т.е. подвергают нагреву на указанную температуру и охлаждению на спокойном воздухе. Затем с помощью металлографического исследования и с привлечением других средств анализа металлов определяют структуру стали.

В зависимости от обнаруженной структуры сталь относят к тому или иному классу. Например, при обнаружении структуры перлитного типа (сорбита или тростита) сталь относят к перлитному классу, а при обнаружении мартенсита — к мартенситному и т.д. Формирование различных классов сталей объясняется тем, что по мере возрастания содержания легирующих элементов устойчивость аустенита ниже точки А~ возрастает, а температура как начала, так и конца мартенситного превращения понижается (см. рис.

1). При небольшом количестве легирующих элементов (до 3...5%) С-образные кривые смещаются вправо незначительно, и кривая охлаждения на воздухе К, пересекает их в области образования сорбита или тростита. Такие стали относятся к перлитному классу (см. рис. 1, а), При содержании легирующих элементов от 3...5 до 8...10% С-образные кривые оказываются заметно сдвинутыми вправо. Кривая охлаждения на воздухе проходит левее С-образных кривых и пересекает только точку мартенситного превращения (рис, 1, б). При этом сталь приобретает мартенситную структуру.

Стали с высоким содержанием легирующих элементов (свыше 8... 10%) и со значительным содержанием никеля и марганца имеют диаграмму изотермического распада аустенита с еще более сдвинутыми С-образными кривыми вправо, а мартенситную точку значительно ниже 0'С. В связи с тем, что при нормализации получается структура аустенита, такие стали относят к аустенитному классу. Соответствующим подбором химического состава можно получать стали со смешанными структурами. 3. Микроструктура и свойства лепгровавных сталей Перлитный класс Сталь ЗОХГСА (хроманснль) — хромомарганцевокремниевая конструкционная улучшаемая сталь перлитного класса. Структура стали после отжига представляет собой легированные перлит и феррит.

В отожженном состоянии сталь обладает высокой пластичностью, низкой прочностью и низкой твердостью, что позволяет проводить гибку, выколотку, штамповку и обработку резанием. После закалки и высокого отпуска сталь имеет структуру легированного сорбита отпуска. Изотермическая закалка обеспечивает этой стали более высокие механические свойства. При этом сталь приобретает структуру бейнита. К достоинствам стали относится удовлетворительное сочетание прочности и пластичности, использование малодефицитных легируюших элементов.

Однако ударная вязкость стали недостаточно высока. В настояшее время применяется сталь ЗОХГСНА с более высоким значением ударной вязкости за счет введения никеля. Из этих сталей изготавливают детали шасси, лонжероны, болты и др. В виде листов н труб они применяются для сварных конструкций. лхарлгексалгкый класс Сталь ГВХ2Н4ВА — хромоникельвольфрамовая конструкционная цементуемая сталь мартенситного класса. Достаточно высокое содержание легируюших элементов позволяет получать мартенсит при охлаждении на спокойном воздухе с малым уровнем закалочных напряжений. Массивные детали закаливают в масле. Изотермическое преврашенне переохлажденного аустенита в этой стали характеризуется отсутствием перлитного распада, что приводит к невозможности получения низкой твердости путем отжига. Единственный путь снижения твердости этой стали — высокий отпуск при 650...670'С.

Сталь обладает удачным сочетанием высокой прочности и ударной вязкости. Повышенная вязкость и малая чувствительность к концентрациям напряжений обеспечивается низким содержанием то углерода и ведением никеля. Для повышения твердости, износостойкости и прочности поверхности деталей, а также для увеличения предела усталости и контактной выносливости сталь подвергают цементации с последующей закалкой и низким отпуском. Структура поверхностного цементированного слоя — мартенсит отпуска с включениями глобулярных карбидов. Структура сердцевины — малоуглеродистый мартенсит отпуска. Сталь широко применяется в двигателестроении. Из нее изготавливают валы ротора, зубчатые колеса, коленчатые валы, соединительные муфты, ответственные болты.

Аустенитный класс Сталь 12Х18Н!ОТ вЂ” хромоникелевая нержавеющая сталь аустенитного класса. Высокое, более 12%, содержание хрома приводит к образованию на поверхности плотной защитной окисной пленки СгзОз, которая обеспечивает коррозионную стойкость и жаростойкость. Никель является стабилизатором Ге (см. рис. 2, б) У и позволяет получать легированный аустенит при комнатной температуре, благодаря чему сталь приобретает высокую пластичность, технологичность и повышенную коррозионную стойкость.

Введение титана устраняет межкристаллитную коррозию стали. Межкристаллитная коррозия возникает из-за образования карбидов хрома СгззСь по границам зерен (особенно при 500...600 С) и снижения по этой причине содержания хрома в твердом растворе в зоне границ зерен. Термообработкой (закалкой или стабилизирующим отжигом) ликвидируют всякую возможность возникновения межкристаллитной коррозии.

Закалкой с температурой 1000...1070'С добиваются растворения СгззСь и выделения карбида титана Т1С, который связывает углерод, имеющийся в стали, что способствует повышению коррозионной стойкости. Стабилизирующим отжигом при 850...900'С снимают внутренние напряжения в сварных соединениях и благодаря образованию при этих температурах Т(С повышают коррозионную стойкость стали.

Структура стали после термообработки состоит из легированного аустенита и включений карбида титана Т)С. Наблюдаются следы двойникования как результат пластической деформации. Сталь применяют в качестве коррозионно-стойкого материала в сварных конструкциях, работающих в контакте с азотной кисло- той и другими средами окислительного характера !емкости, теплоообменники и др.). Ее применяют также в качестве жаростойкого материала при б00...800'С для изготовления коллекторов реактивных двигателей, жаровых труб, внешних кожухов камер сгорания ВРД и др. Аустенитно-мартенситный класс Сталь 09Х15Н8Ю вЂ” вьюокопрочная и коррозионно-стойкая сталь аустенитно-мартенситного класса.

В данной стали, в отличие от стали 12Х!8Н)ОТ, имеется алюминий, который повышает температуру мартенситного превращения до комнатной температуры, что дает возможность получать мартенсит обработкой холодом до — 70 С после предварительной аустенизации. Хром и никель здесь имеют такое же назначение, что и в стали аустенитного класса. Упрочняющая термообработка этой стали состоит из трех последовательно проводимых операций: ! ) закалка с 950...1000'С с охлаждением в воде или на воздухе.

При этом происходит аустенизация, т.е. образуется структура аустенита с небольшим количеством мартенситной фазы; 2) обработка холодом при — 70'С с выдержкой 2 ч. После такой обработки в стали содержится около 80% мартенсита. Остальная часть структуры — остаточный аустенит; 3) старение при 350...380 С в течение 12 ч. При этом в мартен- ситной фазе происходит выделение упрочняюшей фазы типа '%зА1.