Справочник по конструкционным материалам (Арзамасов Б.Н., Соловьева Т.В. - Справочник по конструкционным материалам), страница 3

Основу мартенситно-стареющих сталей составляет безуглеродистый железоникелевый мартенсит (8-20 % Х$). Высокая концентрация никеля обеспечивает устойчивость переохлажденного еустенита сталей этого класса, способствует формированию в них при закалке маргенситной структуры, в том числе и при условии замедленного охлаждения, Никель повышеет растворимость многих элементов замещения в еустените и уменьшает их растворимость в маргенсите, благодаря чему закалкой можно зафиксировать сильно пересьпценный а-твердый раствор (мартенскг замещения)„способный к интенсивному дисперсионному твердению при старении.

Дисперсионное твердение железоникелевого мартенсита вызывают титан, бериллий, алюминий, марганец, ванадий, молибден, вольфрам, ниобий, тантал, кремний и другие элементы, характеризующиеся ограниченной растворимостью в а-РЬ (рис. 1.1), причем наиболыпее упрочненне при старении (в условиях равной атомной концентрации) обеспечивают те из них (титан, алюминий, бериллий), равновесная концентрация которых в мартен- аоз,МПа 1200 800 0 1 2 3 4 ЛЭ,%(ат.) сите минимальна. Никель, а в некоторых сталях и кобальт Рис. 1.1.

Влияние концентрации легидоли вы щ~ $0щих э~емезп'ОВ (ЛЭ) упрочении е железоникелевого мартенсита (18 % И1) делающихся при старении упрочняющих фаз н 1171. тем самым повышают эффективность процесса дисперсионного твердения (рис. 1.2 и 1.3). Положительное влияние кобальта в мартенситно-стареющих стелт обусловлено также формированием в мартенситной матричной фазе при старении упорядоченных областей, явлаощихся дополнительным фактором упрочнения. Хром способствует повышению коррозионной стойкости этих сталей и одновременно вызывает дополнительное упрочиение при старении (рис.

1.4). Подробно основные системы легирования мартенситно-стареющих сталей, особенности их фазового состава и структурного состояния, а также представления о природе высокой прочности сталей этого класса рассмотрены в монографиях 13, 18). Эти стали !20 80 1,% (Нас.) О 5 10 15 Со,% (мас.) Рис. 12. Влияние содержания никеля па повышение твердости при старении мартенснга сталей на основе Ре с различным дополннгельным легиромнием [17): 1-5% Мп;2-4% ИЪ;3 — 1,5% Т1; 4 — б % Та; 5 - 1,5 % А1; 6 — 3 % $1; 7-7% У; 8 -10% Ч4; У -5 % Мо Рис. 1З. Влияние содержания кобальта иа повьппение тверлосм при старении железоникелевого мартенсита (14-18 % 1ч1), содержащего различные элементы замещения 115): 1-Н18Ф7;2-Н18В10;3-Н16М5; 4-Н16СЗ; 5 — Н1484; 6 — Н18твб; 7 — Н16Г5; 8 — Н16; У-Н16Т; 10- Н16Ю 220 180 100 О 5 10 С1; %(мас.) Рве.

$.4. Влияние содержания хрома содержат, как правило, значительное количество 'различных легирующих элементов. При их выборе основываются на требованиях строгого баланса компонентов, поскольку при этом необходимо обеспечить не только эффективное дисперснонное твердеиие мартенснта прн старении> но и предотвратить появление в структуре стали большОГО количества ОстаточноГО аустеннта, снюкающего прочность, или Ь-феррита, уменьшающего пластичность сталей.

Мартенситно-стареющие стали характеризуются высокой технологичностью 18, 17]. Их упрочняющая термическая обработка, заклю- на повьлление твердости при старении чающаяся в закалке и старении, сравнительно сталей С171: проста. Стали имеют глубокую прокалнваемость, закаливаются на мартенснт практически при любой скорости охлаждения. Изменения размеров при термической обработке этих сталей минимальны, поэтому практически исключены поводка и коробление изделий самой сложной формы.

Стали этого класса, как правило, не содержат углерода, поэтому нет опасности их обезуглерозивания при термической обработке в обычной среде. Указанные преимущества мартенснтностареющих сталей позволяют подвергать термической обработке готовые детали и изделия. В закаленном состоянии стали характеризуются высокой пластичностью и вязкостью, малым коэффициентом деформационного упрочнения; поэтому при изготовлении проволоки, ленты, труб и других полуфабрикатов эти стали можно деформировать с высокими степенями обжатия (до 80 %), не прибегая к промежуточным разупрочняющим обработкам.

Стали хорошо сварнваютсл, а также штампуются в горячем и холодном состоянии; обработка резанием закаленных сталей не вызывает трудностей. Закаленные мартенситно-стареющие стали имеют структуру мартенсита замещения. Легирующие элементы, вызывающие старение, незначительно влияют на свойства несостаренного мартенсита, поэтому прочность, пластичносп и ударная вязкость закаленных сталей разных составов весьма близки и находятся, как правило, в следующих пределах 1171: О = 900...

1200 МПа; поз = 800... 1100 МПа; Ь = 15 ...20%; у = 50...80 %; КСУ= 1,5...3 МДж/м . Старение мартенситно-стареющих сталей приводит к повышению их прочности, но одновременно снижает вязкость и пластичность. Наиболее высокое упрочнение достигается для всех сталей при старении в интервале температур 480-520 С (рис. 1.5); прн этом в зависимости от состава сталей временное сопротивление может повышаться на 300-1 800 МПа [171. При более высокой температуре старения развнваотся процессы, ведущие к разупрочнению: коагуллция частиц упрочняющих фаз и образование устойчивого аустенита вследствие обратного а-+7-пре- вращения. Учитывая диапазон упрочнения, реализуемого в мартенситно-стареющих сталях (о, = 1500 ...

...3500 МПа), диапазон размеров изделий (от проволоки до многотонных поковок), комплекс ценных физико-химических свойств и высокую технологичность — область применения этих сталей как конструкционного материала нрактически не ограничена и непрерывно расширяется. Наиболее целесообразно использовать их прежде всего для изделий, от которых требуется высокая удельная прочность в сочетании с высокой эксплуатационной надежностью. Разработаны составы мартенситно-стареющих сталей, удовлетворяющие различным требованиям по уровню прочности, пластичности, коррозион- нОЙ стОЙкости, по темпе1жтурной Области применения, Большинство сталей создано на базе систем 420 380 220 О 200 400 600 с, 'С Рис.

!.5. Влияние легнрувашх элементов на упрочнение железоникелевого мартенсита прн старении 1!7!." 1 — 17,5 Эе % + 1,2 54 Т1; .7 — 17 5 54 % + + 1! Э! А1; 5 - !8 ЭЬ % + 1 5 ЗЬ МЬ; 4-16,5%%+ 2,1 54 Мо Ге-%-Мо„ре-% — Со — Мо, Ге-Сг-%-МО, Ре-Сг-% — Со-Мо. Мартеиситие-стареющие стали Общего назначении. Составы н свойства.

Наиболее распросзраненные составы этих сталей и их свойства приведены в табл. 1.15 в со.-.' ответствии с принятой классификацией по уровню прочности. Как конструкцнонный материал общего назначения наилучшее сочетание прочности, пластичности и вязкости имеют стали, содержащие, %: 17-19%, 7-12 Со, 3-5 Мо, 0,2-1,6 Т1.

Изменением содержания титана в этой системе можно варьировать прочность сталей в широких пределах (1400-2500 МПа) !171. Наибольшее распространение в технике получилв сталь Н18К9М5Т (ЭП-637). Соп1асно ТУ 14-1-1531-75, она содержит, %: < 0,03 С, 16,7-19,0%; 8,5-9,5 Со; 4,6 — 5,5 Мо; 0,5 — 0,8 Т1; <0,15 А!. В закаленном состоянии (закалка при 820 С, охлаждение на воздухе) сталь имеет следующие механические свойства: а,=1000...1100 МПа, О =900...1000 МПа, Ь>15%, а после закалки н старения при 480-500 С, 3 ч — с~, = ! 900...2100 МПа, а =1800...2ОООМПа,5=8...!0%,у=45...55Уе,КСУ=О,5...0,7МДж/м. В связи с широким н разнообразным промышленным применением было детально изучено влияние режимов термической обработки нв комплекс основных свойств стали Н18К9М5Т.

Перегрев при горячей пластической деформации или термической обработке повышает ее чувствительность к трещине (табл. 1 !6). Для измельчения зерна перегретой стали рекомендовано применение перед основной закалкой (820 С) трехкратной закалки на воздухе нли в воде от 900-950 С с выдержкой 1 ч. Таблица 1.15. Седерявиие есиевиык легирувщнк злементев и механические свейства (средние) мартеисигне-стареииинк сталей ей~цеге назначении весле старении нри 436-526 С !16! в'су, МД 1„2 Средакв ковцешрацик легнрующнх злемевтов, т! (мае.) а; 1500... 2000 МПа 1980 1480 1630 1600 0,2 О,б 0,4 0,7 18 И1; б У; б Мо Н! ЗФбМб 0,45 1940 .

2500 Ю 53 16 %; 11 Со; 3 Мо; 1,6 Т! 16%; 1! Со; 3 Мо; 1,9 Т! Н! 6К11МЗТ2 Н! 6К11МЗ12 2136 2070 2250 2220 11 !2 0,25 0,2 Н17К1! М412Ю Н18К12МЗТ2 2570 2550 2400 2350 45 35 Н17К12М5Т Н18К12М4Т2 2050 2000 2450 2350 О,З Н!ЗК!4М5Т Н! ЗК4М7ТС Н ! 7К ЮМ2В10Т 2400 2130 2350 9 7 3,5 35 34 48 2060 2300 0,35 О,З 12 Иц 12 Со; 1О Мо; 0,8 Т1; 1 12 %; 15 Со; 10 Мо 13 %; 15 Со; 10 Мо ! 3 %; 16 Со; 11 Мо 12%; 16Со; 12Мо А1 2950 2400 2500 2740 2740 Н12К12М10ТЮ Н12К15М10 Н13К15М10 Н13К16МЮ Н12К16М12 3000 2500 2600 2800 2800 4 30 ЗО 42 40 0,2 0,2 0,2 3 И1; ! В Со; И Мо ! 2 %; 12 Со; 7,8 Мо; 6,7 % НЗК18М14 Н12К12М7В7 3400 3 ЗО 0,25 !6%; 15 Со; 9%; 2 Мо 0,2 2400 ЗО Н16К15В9М2 П р и м е ч кн и с.

Освоеннмс промьпплснностыо стали поставляют по техническим условиям. 20 Н1$КЗМ4Т Н13К7М5Т Н1$КЗМЗТ Н18КЗМ5Т Н18К9М5Т Н13К9М5Т Н13К9М5Т Н15К9М5ТЮ Н16К4М512Ю Н12КЗМЗ!2 Н12КЗМ4Г2 Н13Ф6МЗ 1$%; 3,2Со;4,2Мо;0,26Т1 18%; 7 Со'„5,5 Мо; 0,5 Т! 18%; $ Со; 3 Мо; 0,2 Т! 13%; 3 Со; 5 Мо; 0,5 Т! !$%;9Со;5Мо;05Т! 18 %; 9 Со; 5 Мо; 0,3 Т! 18 %; 9 Со; 5 Мо; 1,2 Т! 15И1;9Со; 5Мо;0,7Т!,"0,9А1 16%; 4,5 Со; 4,5 Мо; 2 Т1; 0,3 А! !2%; 3 Со; 3 Мо; 2 Мп !2%;ВСо;4Мо; 2,3 Мп 1$%;6У;3 Мо 17%; И Со„'4„5Мо'„1,3Т1; 1 А1 18%; 12 Со; 3 Мо; 1,4 Т! 17%; 12 Со; 5 Мо; 1 Т1 !8%; 12Со;4 Мо;2Т1 !$ И1; !4 Со; 5 Мо; 1,5 Т! 18 %; 4,5 Со; 7,7 Мо; 0,6 Т1; 0,7 31 17%; ЮСо; 1,5 Мо; 10%; 0,7Т! 1550 1800 1450 1350 1900 2! ОО 2180 1960 2050 1500 1700 1650 1500 1700 1400 ! Зоо 1330 1900 1960 9 $ 15 12 3 3 8 б 7,5 9,6 7 Ю 49 50 65 60 50 50 45 23 40 57 50 60 0,46 0,5 0,8 0,5 О,б 0,5 0,6 Таблга1а 1,16.