Специальные стали

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

ции напряжений стабильных аустенитных сталей при повышенных температурах (400°С), когда релаксационная стойкость метастабильной аустенитной стали 12Х18Н10Т резко падает. Аустенитные стали с интерметаллидным упрочнением (06Х15Н20М2Т2) после отпуска при 500—600 °С имеют более высокую релаксационную стойкость при повы-
...
Рис. 127. Влияние температуры отпуска на уровень прочностных свойств, области применения и компоненты релаксации напряжений пружинных сталей на аустенитной основе (В. Р. Бараз)
...
Необходимо иметь в виду, что при работе пружин и упругих элементов в условиях высоких температур условный предел упругости релаксирует, т. е. его значение зависит от времени выдержки под нагрузкой. На рис. 126 приведена зависимость о-0,оз плющеной ленты из стали 40Х12Н8Г8М2Ф2Б (ЭИ481) от времени выдержки при температуре 400 °С. Область напряжений, лежащих ниже полученной прямой, условно отвечает упругой деформации и показывает допустимые значения нагрузки в зависимости от времени выдержки.
...
При температурах релаксации выше 450 °С релаксационная стойкость пружинных сталей становится недостаточной. В этом случае можно применять сплавы (например, Х25Н25Т) в монокристаллическом состоянии. Монокристаллические пружинные материалы используют в литом и деформированном состояниях. Уровень прочностных свойств и релаксационная стойкость деформированного монокристаллического сплава зависит от кристаллографической ориентировки монокристалла и текстуры деформации. На
...
Рис. 126. Релаксация предела упругости плющеной ленты из стали ЭИ481 прн 400 "С (С В. Грачев)
...
рис. 127 схематически представлены уровень прочностных свойств — температурный интервал применения, а также изменение структурной и сдвиговой компонент релаксации при отпуске аустенитных пружинных сталей. При температурах релаксации до 350 °С в условиях большего развития сдвигового механизма релаксации нестабильные аустеиитные стали (НАС) имеют преимущество перед стабильными сталями (САС) из-за больших значений прочностных свойств (предел упругости). При более высоких температурах релаксации в условиях интенсивного развития структурного механизма релаксации преимуществом обладают более стабильные аустеиитные стали и монокристаллические сплавы (МП).
...
На рис. 128 представлена обобщенная диаграмма конструктивной прочности конструкционных сталей различных классов и способов упрочнения. На диаграмме указаны области средне- и высокоуглеродистых легированных сталей. Штриховой линией отмечено значение о
...
=1400 МПа, являющееся нижней границей для высокопрочных сталей. На диаграмме также указаны приблизительные области различных механизмов распространения трещины при испытаниях на
...
Рис. 128. Обобщенная диаграмма конструктивной прочности конструкционных сталей (О. И. Романив, А. Н. Ткач). MAC — метастабильиые аустенитные стали; НУС — низкоуглеродн-стые стали; СУС и ВУС — средне- и высоколегированные стали; MCC — мартеиситиостареющне стали; CM3 — стали со сверхмелкнм зерном; ТМО — стали после термомехаиической обработки; ПП — эвтектоидиые стали со структурой пластинчатого перлита. Характер разрушения: / — область вязкого разрушения; // — транскри-сталлнтный скол; III
...
Как правило, получение высокопрочного состояния связано с получением метастабильной структуры с высоким уровнем микроискажений, высокой плотностью дефектов кристаллического строения и, следовательно, повышенной склонностью к протеканию диффузионных процессов. Это необходимо учитывать при осуществлении технологических операций на изделиях из высокопрочных сталей, при которых возможно насыщение детали водородом (например, электролитическое травление) и появление водородной хрупкости.
...
При временном сопротивлении более 1600 МПа появляется склонность к замедленному разрушению образцов с трещиной. Повышение содержания углерода резкр увеличивает склонность высокопрочных сталей к замедленному разрушению при контакте с водой. Причина этого явления до конца не ясна. Предполагается, что это связано с развитием коррозии под напряжением, эффектом Ребиндера и водородной хрупкостью. Высокопрочные стали склонны к хрупкости при контакте с расплавленными легкоплавкими металлами.
...
Существуют разные способы получения высокопрочных сталей: закалка на мартенсит с низким отпуском (300—1 350°С) и вторичное твердение в интервале температур 500—650 °С, а также ряд специальных технологических процессов, к которым можно отнести термомеханическую обработку, волочение сталей со структурой тонкопластинчатой феррито-карбидной смеси, получение сталей со структурой сверхмелкого зерна и некоторые другие. К высокопрочным сталям относятся пружинные, а также большинство мартенситно-стареющих сталей (см. главы XVII и XVIII). Важное значение имеет группа высокопрочных сталей со структурой метастабильного аустенита (см. гл. XX).
...
Большинство легированных конструкционных сталей после закалки и низкого отпуска могут иметь высокие значения временного сопротивления (о"в>1700 МПа) и предела текучести (о"0,2
...
Углерод является элементом, наиболее сильно упрочняющим мартенсит. Однако он сильно понижает хрупкую прочность стали, поэтому содержание углерода в высокопрочной стали, обрабатываемой путем закалки на мартенсит и последующего низкого отпуска, должно быть невысоким. Обычно содержание углерода в высокопрочной низко-отпущенной стали не превышает 0,3—0,4 %.
...
Одним из принципов легирования высокопрочных сталей является требование минимального отношения замедления отпуска к понижению температуры Мя,
...
При легировании высокопрочных сталей карбидообразу-ющими элементами при прочих равных условиях рекомендуется использовать легирующие элементы, карбиды которых более легко растворяются при нагреве под закалку, так как остаточные нерастворившиеся карбиды значительно снижают хрупкую прочность низкоотпущенной стали, а излишне высокие температуры аустенитиза'ции нежелательны, поскольку укрупнение действительного аустенитного зерна понижает ударную вязкость. Полезным является легирование высокопрочной стали никелем (иногда в сочетании с кобальтом), так как никель повышает вязкость стали. В последнее время разработаны высокопрочные стали, в которых высокий комплекс свойств достигается бла-
...
зернистой стали, а растворенный в аустените азот значительно увеличивает прокаливаемость стали. Такие стали как 35Х2АФ, 40Х2АФЕ обеспечивают после закалки и низкого отпуска высокий комплекс свойств в сечениях до 50 мм.
...
Вязкость разрушения высокопрочных низкоотпущенных сталей с мартенситной структурой, в основном, определяется прочностью границ действительного аустенитного зерна, в то время как характеристики прочности в большей степени связаны с размерами мартенситных пакетов, строением мартенсита, наличием других фаз (остаточного аустенита, феррита).
...
(О. Н. Романив, А. Н. Ткач) также повышение температуры аустенитизации, что существенно повышает вязкость разрушения, за счет растворения сегрегации примесных атомов по границам аустенитного зерна. Однако надо иметь в виду, что ударная вязкость при этом будет понижаться.
...
Для высокопрочной низкоотпущенной стали мартенситного класса исключительно большое значение имеет чистота стали по неметаллическим включениям, газам и вредным примесям (сера, фосфор, легкие металлы и др.). Повыше-
...
зернистой стали, а растворенный в аустените азот значительно увеличивает прокаливаемость стали. Такие стали как 35Х2АФ, 40Х2АФЕ обеспечивают после закалки и низкого отпуска высокий комплекс свойств в сечениях до 50 мм.
...
Ниже по данным Я- Е. Гольдштейна показано изменение усталостной прочности, МПа, закаленной стали 40ХНМА различных способов выплавки после низкого при 200 °С отпуска (высокопрочное состояние) и после высокого при 600 °С отпуска (улучшение):
...
ние чистоты стали по неметаллическим включениям повышает усталостную прочность и пластичность стали.
...
понижающего хрупкую прочность стали. Сера существенно понижает характеристику вязкости разрушения Kic
...
Высокие прочностные свойства в сочетании с достаточной пластичностью и вязкостью могут быть достигнуты и после обработки легированных сталей на нижний бейнит. Легирование таких сталей в общем не слишком отличается от легирования сталей, обрабатываемых на структуру низкоотпущенного мартенсита. Содержание углерода в таких сталях обычно составляет 0,3—0,4 % (реже до 0,5%). Весьма полезным является легирование кремнием (до 2,0.% и более). Используются композиции Cr—Si; Cr— Si—V; Cr—Si—Мп—V; Cr—Si—Ni—Mo—V и др.
...
Так, на стали 40ХГСНЗВА после изотермической закалки от 900 °С в ванну 250°С достигается ств>1850 МПа, 65>12 %,
...
После изотермической закалки на нижний бейнит полезным является проведение отпуска приблизительно при тех же температурах, что и при обработке на нижний бейнит.
...
К недостаткам низкоотпущенных высокопрочных сталей относится большая чувствительность к действию различных сред: водородная хрупкость, возникающая при травлении и гальванических покрытиях, хрупкость при контакте с водой, металлическими расплавами и т. д.
...
Низкоотпущенные высокопрочные стали весьма склонны к анизотропии свойств. Кроме того, после низкотемпературного упрочняющего отпуска прочностные свойства таких сталей могут резко падать, если температура изделий окажется выше температуры отпуска. <-
...
Низкоотпущенные стали применяют для высокопрочных болтов, баллонов высокого давления, в авиастроении для тяжелонагруженных деталей шасси самолетов. Имеются зарубежные сообщения о применении таких сталей для корпусов ракетных двигателей.
...
Для изготовления высокопрочных изделий с высокой устойчивостью к повышенным температурам эксплуатации используют стали со вторичным твердением. Эффект вторичного твердения при отпуске закаленных на мартенсит сталей основан на выделении специальных карбидов в интервале температур 550—650 °С (см. гл. IX, п. 5). При
...
этом повышаются прочностные характеристики стали и падает пластичность и вязкость. Возрастание прочности и твердости сталей при вторичном твердении происходит при определенной объемной доле выделяющихся карбидов.
...
Содержание углерода в дисперсионно-твердеющих сталях также, как и в низкоотпущенных сталях не должно превышать 0,3—0,4 %. Более высокие содержания углеро-
...
этом повышаются прочностные характеристики стали и падает пластичность и вязкость. Возрастание прочности и твердости сталей при вторичном твердении происходит при определенной объемной доле выделяющихся карбидов.
...
Отметим, что карбид молибдена Мо2С сравнительно легко растворяется в аустените в больших количествах при относительно невысоких температурах (около 950— 1000 °С), что делает удобным проведение аустенитизации, а содержание ванадия более 0,5 °/о нежелательно, так как при этом образуется чрезмерное количества карбида ванадия, что приводит к снижению пластичности и
...
Полезным является легирование высокопрочной стали со вторичным твердением кремнием. Кремний повышает интенсивность вторичного твердения, однако он одновременно ускоряет перестаривание и поэтому содержание кремния ограничивается 0,7—1,0%. Небольшие добавки ниобия "(0,1—0,2 %) способствуют получению мелкозернистой стали.
...
При 5 % Cr и 1—2 % Мо сталь прокаливается насквозь в весьма больших сечениях (до 200—300 мм). В тех случаях, когда изделия имеют небольшое сечение целесообразно снижать содержание хрома до 3 %.
...
В настоящее время разработано большое количество высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей (табл. 27). Все эти стали являются модификацией штамповых сталей для горячего деформирования (см. гл. XXXI). Такие стали обычно подвергают закалке от температур 1000—1050°С, что обеспечивает перевод части карбидной фазы в твердый раствор. Однако зерно аустенита при этом остается мелким, так как около половины карбидов ванадия и почти целиком карбиды ниобия остаются нераство-
...
римыми и являются барьерами при миграции границ зерен. Отпуск дисперсионно-твердеющих высокопрочных сталей обычно проводят при температурах несколько выше максимума прироста прочностных свойств, а именно,
...
при 600—650 °С в области некоторого перестаривания, что повышает пластичность и вязкость, так как при максимальном развитии вторичного твердения наиболее интенсивно падает ударная вязкость стали (рис. 132).
...
отпуска и, следовательно, высокие механические свойства при повышенных температурах эксплуатации (рис. 133). Дисперсионно-твердеющие высокопрочные стали могут быть использованы для работы при температурах на 100—150 °С ниже температуры отпуска, т.е. до 500—550X (при не слишком длительных выдер
...
онно-твердеющих высокопрочных сталей является в ряде случаев отсутствие четко выраженной температурной границы хрупко-вязкого перехода. Резко выраженный порог хладноломкости наблюдается только после отпуска при 650°С.
...
Если для конструкционных сталей с временным сопротивлением до 1000— 1250 МПа обычно наблюдается приблизительно линейная зависимость между ограниченным пределом усталости и временным сопротивлением и соотношение между ними равно -~50%, то для высокопрочных сталей с временным сопротивлением более 1300— 1500 МПа прирост предела усталости с ростом временного сопротивления непре-
...
Рис. 134. Характеристика усталости высокопрочных сталей (Д. Мурей)
...
Для высокопрочных дисперсионно-твердеющих сталей характерна также высокая чувствительность к надрезам и неметаллическим включениям. Применение более чистых шихтовых материалов и качественных методов выплавки (вакуумная плавка) позволяют существенно повысить пластичность высокопрочных сталей и, следовательно, надежность изделий.
...
Одним из путей получения высокопрочных сталей является термомеханическая обработка. При этом пластической деформации может подвергаться как стабильный аустенит при температурах выше Л3 (высокотемператур
...
Углерод в стали, подвергнутый НТМО, повышает временное сопротивление и предел текучести и понижает пластичность (рис. 136). После степени деформации ~90 % в стали с 3,0% Cr прирост временного сопротивления и предела текучести при НТМО составляет около 550 МПа и приблизительно постоянен во всем интервале концентрации углерода. Вместе с тем, имеются данные
...
(Ф. Б. Пикеринг), что в сталях с более высоким содержанием углерода прирост предела текучести несколько больше, чем в сталях с меньшим его содержанием: Дао,г=22 % для стали с 0,3—0,4 % С и 26—27 % для стали с 0,5— 0,6 % С. При еще более высоких содержаниях углерода может быть достигнуто ав~3000 МПа. Однако пластичность и вязкость при этом падают. Такую сталь можно применять для изделий, не испытывающих динамических нагрузок и не имеющих надрезов (прутки, проволока).
...
Причиной упрочнения стали при НТМО является измельчение мартенситных пластин, выделение дисперсных карбидов из аустенита при деформации, которые закрепляют дислокации, высокая плотность дислокаций в мартенсите, унаследованная из деформированного аустенита и
...
Как правило, легированный аустенит при температурах деформирования 550—650 °С обладает большой устойчивостью, в нем не происходит рекристаллизации, а возврат, если и развивается, то в очень малой степени.
...
Рис. 135. Изменение прочности и пластичности стали
...
руюдионные стали с достаточной степенью устойчивости переохлажденного аустенита. Благоприятно легирование стали кремнием, а также молибденом, которые повышают устойчивость аустенита к возврату после деформации, кроме того кремний способствует сохранению прочностных свойств при отпуске. Легирование никелем повышает ударную вязкость стали после НТМО. Содержание углерода в стали, обработанной
...
путем НТМО, может быть понижено (если при этом обеспечивается необходимый уровень прочности) для повышения пластичности и вязкости. Стали, обработанные НТМО, обладают большей устойчивостью при отпуске по сравнению с обычно закаленными сталями.
...
Рис. 136. Влияние содержания углерода иа изменение механических свойств хромистой стали (3,0 % Сг) после НТМО (/)
...
усталости стали после НТМО до 20%. Основным недостатком сталей, упрочненных НТМО, являются пониженные значения вязкости разрушения, большая чувствительность к концентраторам напряжений. Имеются и значительные трудности осуществления НТМО технологического порядка: большие усилия деформации, интенсивный износ оборудования и др., поэтому широкого применения этот метод производства высокопрочных сталей не получил.
...
Значительно более высоких значений конструктивной прочности (высокие значения прочностных свойств и вязкости разрушения) можно достичь при высокотемпературной термомеханической обработке (ВТМО). По различным данным, в случае оптимального режима ВТМО в сталях повышается ударная вязкость, понижается порог хладноломкости, растет сопротивление усталостному разрушению, понижается чувствительность к концентраторам напряжений, растут характеристики вязкости разрушения.
...
Рис. 136. Влияние содержания углерода иа изменение механических свойств хромистой стали (3,0 % Сг) после НТМО
...
разупрочнения при горячей деформации стали и последе-формационной выдержки. Кривые деформационного упрочнения при ВТМО представлены на рис. 137. На стадиях I и II кривой превалирующим процессом является упрочнение (горячий наклеп), хотя при этом протекают и разуп-рочняющие процессы: динамический возврат (динамическая полигонизация) и динамическая
...
рекристаллизация на стадии /// происходит разупрочнение. По данным М. Л. Бернштейна высокий комплекс механических свойств при ВТМО получается при развитии в процессе горячей деформации динамической полигонизации (динамического возврата) с формированием наиболее развитой субструктуры в аустените, а затем в мартенсите. Отметим, что при развитии динами
...
рекристаллизованные зерна снова упрочняются. Прочностные свойства . стали при ВТМО растут с увеличением степени деформации и понижением температуры деформирования.
...
Как показано в работах М. Л. Бернштейна с сотрудниками, структурное состояние, созданное при ВТМО, обладает значительной стабильностью и может сохраняться при повторной термической обработке (закалке и
...
Рис. 137. Кривые деформационного упрочнения (¿2X1)
...
Легирование высокопрочных сталей, упрочняемых путем ВТМО, а также выбор рациональных режимов их обработки, определяются влиянием легирующих элементов на кинетику упрочнения и разупрочнения стали при горячей пластической деформации и формированием оптимальной структуры при ВТМО. Структурные изменения при ВТМО в значительной степени зависят и от режима аустенитизации. Большинство легирующих элементов, растворяясь в аустените, понижает энергию дефектов упаковки, тем самым способствуя упрочнению при горячей деформации. Аналогичным образом влияет и углерод. Однако углерод одновременно увеличивает и скорость разупрочнения вследствие ускорения диффузии углерода в у-железе и понижения энергии активации самодиффузии железа с увеличением концентрации углерода.
...
Значительно снижают скорость разупрочнения при горячей деформации и последеформационной выдержке кар-бидообразующие элементы: хром, молибден, вольфрам, ванадий и ниобий, что обусловлено замедлением диффузионных процессов. Микролегирование стали редкоземельными элементами, а также цирконием и бором, повышает устойчивость созданной при ВТМО субструктуры вследствие адсорбции легирующих элементов по границам зерен и в скоплениях дислокаций (А. Г. Рахштадт, А. Б. Супов) .
...
Оптимальный интервал температур деформирования (и степени деформации) при ВТМО зависит от уровня легирования, определяющего степень развития горячего наклепа, рекристаллизационных процессов и рост зерна аустенита. Так, для кремнистых сталей (~
...
Рис. 139. Влияние степени деформации в мартенсита гидроэкстру-зней и последующего старения при 100 СО. 200 (2)
...
до 1000°С повышает пластичность стали после горячей деформации, закалки и низкого отпуска, в то время как для хромомарганцевых сталей (50ХГ) повышение температуры деформирования до 1000 °С не повышает, а для стали 70 ХГ резко снижает пластичность. Это объясняется тем, что в хромомарганцевых сталях повышение температуры деформирования до 1000 °С приводит к интенсивному развитию процесса рекристализации и росту зерна, а в
...
Аналогичным образом влияет и степень деформаций при ВТМО. Если при больших степенях горячей деформации значительное развитие получает динамическая рекристаллизация, то при этом снижается как прочность так и пластичность стали. Для большинства высокопрочных сталей, упрочняемых путем ВТМО, оптимальная степень обжатия при правильно выбранной температуре деформирования составляет 25—40 %. При значительном легировании рекристаллизационные процессы могут не
...
Рис. 139. Влияние степени деформации в мартенсита гидроэкстру-зней и последующего старения при 100 СО. 200
...
происходить даже при больших (75%) степенях деформации (например, для стали 47Х8В4). В этом случае в стали сохраняется горячий наклеп, процесс ВТМО во многом подобен НТМО, с сохранением высокой прочности и пониженной (а иногда и низкой) пластичности.
...
Процесс ВМТО при обработке высокопрочных сталей применяется для производства рессор, труб, сортового проката (прутки), буровых штанг и др.
...
На стали 30Х2АФ после деформационного старения мартенсита достигается следующий уровень свойств: ов= =2100 МПа, 6=8%, ф=45,% и /СС£/=0,4—0,5 МДж/м2.
...
Упрочнение при деформационном старении мартенсита обусловлено увеличением плотности дислокаций и их блокировкой высокодисперсной карбонитридной фазой.
...
Деформация мартенсита может осуществляться и после НТМО. В этом случае полезным может быть проведение деформации при НТМО с частичным распадом аустенита на нижний бейнит, что повышает пластичность стали. Так, на кремнистой стали 70С2ХА, подвергнутой путем НТМО прокатке на 60%, со структурой мартенсита, нижнего бейнита и остаточного аустенита, дополнительная деформация на 100 % после отпуска при 200—300 °С повышает предел упругости сго.оз на 300—400 МПа. При этом пластичность стали практически не изменяется (рис. 140).
...
Сколь-нибудь значительного распространения этот метод не получил из-за трудностей проведения деформации и интенсивного износа деформирующих устройств.
...
Имеется опыт применения теплой деформации при температуре 100—300 °С мартенсита или отпущенного мартенсита, который позволяет получить значения предела текучести <2000 МПа.
...
Рис. 140. Влияние температуры отпуска иа изменение механических свойств стали 70С2ХА после разных обработок (В. Я. Зубов, С. В. Грачев, М. Ф. Рыбакова):
...
Рис. 140. Влияние температуры отпуска иа изменение механических свойств стали 70С2ХА после разных обработок (В. Я. Зубов, С. В. Грачев, М. Ф. Рыбакова):
...
нутои проволоки оказывает азот. Ниже приведена Формула для временного сопротивления холоднотянутой проволоки, МПа, по Ф. Б. Пике-рингу:
...
Для получения проволоки сверхвысокой прочности необходимо применение при волочении очень больших деформаций (98—99 % и выше).
...
Содержание углерода в сверхпрочной проволоке должно быть максимально возможным, при этом в структуре ие должно быть обрывов цемен-тнтной сетки. Таким образом, оптимальное содержание углерода в такой проволоке близко к эвтектоидиому (0,80 — 0,95 %).
...
Для получения проволоки сверхвысокой прочности необходимо применять стали особо чистые по неметаллическим включениям, вредным примесям и газам. Имеется положительный опыт применения дли сверхпрочной проволоки сталей вакуумного способа выплавки с использованием шихтовых материалов повышенной чистоты. При этом положительное влияние высокой чистоты стали проявляется в возможности по
...
нутои проволоки оказывает азот. Ниже приведена Формула для временного сопротивления холоднотянутой проволоки, МПа, по Ф. Б. Пике-рингу:
...
Легирующие элементы, за исключением кобальта и отчасти никеля, понижают пластичность холоднотянутой патентированной проволоки н поэтому для производства сверхпрочной проволоки нежелательны. Легирование кобальтом в количестве 2,0—4,0 % полезно, так как кобальт ускоряет распад переохлажденного аустенита при патеитированни и несколько увеличивает пластичность проволоки. Более высокие содержания кобальта могут вызвать графитизацию стали и, как следствие, падение прочностных свойств холоднотянутой проволоки.
...
Временное сопротивление холоднотянутой сверхпрочной проволоки снижается при дополнительной деформации другого вида (кручение, изгиб). Это обстоятельство необходимо учитывать при изготовлении тросов и прядей путем свивки проволоки. При этом падение временного сопротивления проволоки может составлять от 5 до 20 %.
...
Получение тоикопластинчатой феррито-карбидной структуры возможно и при скоростном отпуске (электроотпуске) закаленной стали. В работах В. Н. Гриднева, Ю. Я. Мешкова и др. показано, что при скоростном отпуске закаленной стали в интервале 500—650 °С можно получить пластинчатые выделения цементита, такая структура обладает хорошей пластичностью и значительно упрочняется при волочении. Достоинством такого метода является возможность получения высокопрочной проволоки из легированных сталей типа ЗОХГСА, 38ХА, 15ХА. При этом проволока выдерживает большие степени обжатия (>80 %)
...
Одним из способов значительного увеличения прочности является получение сверхмелкозернистых сталей (диаметр зерна порядка 10 мкм и меньше). Получение сверхмелкого аустенитного зерна, а при закалке резкое измельчение мартенситных пластин, можно осуществить при скоростной аустенитизации с применением специальных методов сверхскоростного нагрева и очень коротких выдержек при температурах, не намного превышающих критические. Достоинством подобной обработки является одновременное повышение вязкости разрушения Ки
...
Для сверхмелкозернистых сталей наблюдается отклонение от известного закона Холла—Петча, согласно которому между пределом текучести и величиной й-''1 существует линейная зависимость. Это отклонение обусловлено ограничением накопления дислокаций у границ зерен из-за малой величины свободного пробега дислокаций и большой общей плотности дислокаций в сверхмелкозериистом сплаве. Такое отклонение наблюдается уже при измельчении зериа ниже балла 10 и значительно усиливается при сверхмелком зерне порядка балла 14—15. В высокопрочных сталях со структурой сверхмелкого мартенсита увеличение предела текучести может достигать 10 %. Такие стали характеризуются высокой конструктивной прочностью, т. е. сочетанием высокой прочности, вязкости разрушения и ударной вязкости. Кроме того, сверхмелкозернистая сталь имеет высокое сопротивление усталости.
...
К недостаткам таких сталей относится трудность, а иногда и невозможность, получения сверхмелкого зерна путем сверхбыстрой аустени-
...
Легирующие элементы, за исключением кобальта и отчасти никеля, понижают пластичность холоднотянутой патентированной проволоки н поэтому для производства сверхпрочной проволоки нежелательны. Легирование кобальтом в количестве 2,0—4,0 % полезно, так как кобальт ускоряет распад переохлажденного аустенита при патеитированни и несколько увеличивает пластичность проволоки. Более высокие содержания кобальта могут вызвать графитизацию стали и, как следствие, падение прочностных свойств холоднотянутой проволоки.
...
В сверхмелкозернистых сталях и сплавах при определенных температурах и скоростях нагружения можно получить аномально высокие значения относительного удлинения (явление сверхпластичности).
...
тизации и закалки в больших сечениях, а также склонность таких сталей к разупрочнению при нагреве.
...
На рис. 142 показаны уровни прочности и пластичности, достигаемые в высокопрочных сталях различных классов и способов обработки. ПНП-стали имеют при сопоставимой прочности более высокую пластичность.
...
при теплой деформации, трудность контроля состава сталя, обеспечивающего необходимые характеристики превращения, высокая стоимость, особенно в случае
...
формации до механических испытаний. При такой обработке можно получить
...
Основным требованием, предъявляемым к криогенным сталям, является гарантированный запас пластичности и вязкости разрушения при рабочих температурах. Материал в условиях низких температур не должен обладать склонностью к хрупкому разрушению, т. е. интервал рабочих температур должен находиться выше порога хладноломкости стали. В общем случае, чем больше разница между температурой эксплуатации и порогом хладноломкости, тем выше запас вязкости материала.
...
В большинстве случаев в качестве криогенных материалов применяют аустеиитные Сг—N1, Сг—Мп, Сг—N1— Мп стали, а также ферритные стали, легированные никелем.
...
Нержавеющие хромоникелевые стали, содержащие 18— 20 % Сг и 8—12 % N1 (гл. XXII, п. 2) сохраняют аустенит-ную структуру при охлаждении вплоть до криогенных температур, однако аустенит таких сталей нестабилен, т. е. способен претерпевать под влиянием пластической деформации мартенситное превращение, в результате которого в структуре могут возникать мартенситные фазы. Увеличение содержания хрома и никеля в сталях типа 18—8 приводит к снижению температурного интервала мартеиситного -превращения и уменьшает интенсивность мартенситных превращений при деформации. Аустеиитные хромоникелевые стали имеют невысокую прочность при комнатной температуре. Хромоникелевые стали для службы при криогенных температурах упрочняют холодной пластической деформацией, однако повышение прочностных характеристик в результате деформации сопровождается снижением пластических свойств (рис. 143), особенно сильно у сталей с нестабильным аустенитом, содержащих 8—10 % №.
...
В процессе холодной пластической деформации хромоникелевых аустенитных сталей наряду с образованием а-мартенсита возникает е-мар-тенсит с г.
...
В тех случаях, когда требуется сохранить высокие механические свойства вплоть до температуры абсолютного нуля в отсутствие ферромагнитных фаз, применяют хромоникелевые стали с содержанием 18— 25 % Сг и 14—25 % N1.
...
Влияние температуры испытания на механические свойства хромо-никелевых аустеннтных сталей показано иа рис. 144. В стали 08Х18Н20 со стабильным аустеннтом наблюдается примерно одинаковый 'темп возрастания значений о"о
...
Рис. 143. Влияние степени холодной пластической деформации е на механические свойства стали 08Х18Н8 (А. В. Третьяков, В. И. Зюзин)
...
Влияние температуры испытания на механические свойства хромо-никелевых аустеннтных сталей показано иа рис. 144. В стали 08Х18Н20 со стабильным аустеннтом наблюдается примерно одинаковый 'темп возрастания значений
...
ность хрупкого разрушения, свойственная многим марганцевым сталям при низких температурах. По этой причине, а также для повышения прочностных свойств аустеиитные стали на хромомарганцевой основе дополнительно легируют никелем или азотом, а часто обоими элементами совместно. Хромоникельмарганцевые стали, содержащие азот, можно рассматривать как криогенные стали повышенной прочности, так как они имеют значительно более высокие значения предела текучести при комнатной температуре, чем аустеиитные хромоникелевые стали. В табл. 28 приведены механические свойства некоторых из наиболее рас-
...
Таблица 28. Механические свойства (средние) хромоникельмарганцевых и хромомарганцевых аустенитных криогенных сталей
...
ность хрупкого разрушения, свойственная многим марганцевым сталям при низких температурах. По этой причине, а также для повышения прочностных свойств аустеиитные стали на хромомарганцевой основе дополнительно легируют никелем или азотом, а часто обоими элементами совместно. Хромоникельмарганцевые стали, содержащие азот, можно рассматривать как криогенные стали повышенной прочности, так как они имеют значительно более высокие значения предела текучести при комнатной температуре, чем аустеиитные хромоникелевые стали. В табл. 28 приведены механические свойства некоторых из наиболее рас-
...
Практическое применение для изготовления криогенного оборудования получили стали с 6 (0Н6) и 9%
...
с твердыми частицами. В соответствии с условиями внешнего воздействия на поверхность различают следующие виды износа: абразивный, при трении, ударный, ка-витационный и др. В процессе износа происходит деформирование и разрушение микрообъемов поверхности металла с последующим их отделением в виде частиц. При
...
ных температур и действия других физических и химических факторов, снижающих прочность поверхности, сопротивление износу зависит от коррозионной стойкости материала, его жаростойкости и других свойств.
...
твердости, причем, чем больше содержание углерода и карбидообра-зующих элементов в стали, тем при одинаковой твердости износостойкость выше.
...
Марганцевый аустенит обладает высокой способностью к наклепу в процессе холодной пластической деформации (см. гл. IV, п. 5). Это свойство ярко проявляется в наиболее распространенной износостойкой стали — высокомарганцовистой аустенитной стали 110Г13Л, или стали Гад-фильда.
...
кая износостойкость в случае приложения больших истирающих давлений сочетается в ней с хорошей пластичностью и ударной вязкостью. Для обеспечения такого комплекса свойств детали из стали 110Г13Л подвергают закалке от 1050—1100 °С в воде. При этом фиксируется структура аустенита и предотвращается выделение карбидов. Медленное охлаждение от высоких температур или
...
изотермическая выдержка стали 110Г13Л в интервале температур 400—800 °С приводят к распаду аустенита по реакции у-+у-)га,+К.
...
После закалки сталь 110Г13Л имеет следующие механические свойства: ав=800—1000 МПа, а0,2=250—400 МПа, 6 = 35—45 %, г|э=40—50 %, #5=170—230.
...
Сталь 110Г13Л широко используют для отливок, работающих в условиях ударно-абразивного износа (зубья ковшей, экскаваторов, траки гусеничных машин, железнодорожные стрелки и крестовины, броненли-ты дробилок и т. п.).
...
Микроструктура стали в закаленном состоянии и после холодной пластической деформации показана на рис. 146, откуда видно, что в деформированном состоянии в полиэдрических зернах аустенита равномерно расположены линии деформации в двух или трех взаимно пересекающихся направлениях. Пластическая деформация в марганцевой аустенитной стали осуществляется путем скольжения по плоскостям {111}, а также посредством двойниковаиия.
...
Рис. 146. Микроструктура стали 110Г13Л после закалки от 1050 "С в воду (а) и холодной пластической деформации на 20 % (б). Х200
...
Износостойкость деталей обеспечивается высокой твердостью рабочей поверхности. Отличительное свойство стали 110Г13Л состоит в том, что повышенная твердость и, следовательно, износостойкость поверхностных слоев деталей из этой стали приобретаются в процессе эксплуатации под действием ударных и истирающих нагрузок при сохранении вязкой сердцевины и способности противостоять ударным нагрузкам, ие разрушаясь. В результате больших степеней холодной пластической деформации
...
тать до HB 550—600. Это достигается благодаря повышенной способности к деформационному упрочнению высокомарганцевого аустенита, обладающего низ
...
Многие детали машин, работающие в контакте с быстротекущим потоком жидкостей (например, лопасти турбины гидростанций, судовые гребные винты, лопасти насосов, системы охлаждения различных агрегатов и т. п.), подвергаются кавитационной эрозии. Под воздействием многократных и гидравлических ударов, локализованных в микрообъемах поверхности, происходит пластическая деформация, а затем и разрушение, эрозия металла.
...
Высокая способность марганцевого аустенита к деформационному упрочнению использована при разработке хромомарганцевых нестабильных аустенитных сталей с высокой кавитационной стойкостью. И. Н. Богачев с сотрудниками показали, что наибольшим сопротивлением кавитационному воздействию обладают метастабильные аустеиитные стали на хромомарганцевой основе, которые под влиянием внешней нагрузки претерпевают мартенситное превращение.
...
Мартенситное превращение, вызванное деформацией, в аустенитных сталях может развиваться, если деформацию проводят ниже температуры МА.
...
Износостойкость деталей обеспечивается высокой твердостью рабочей поверхности. Отличительное свойство стали 110Г13Л состоит в том, что повышенная твердость и, следовательно, износостойкость поверхностных слоев деталей из этой стали приобретаются в процессе эксплуатации под действием ударных и истирающих нагрузок при сохранении вязкой сердцевины и способности противостоять ударным нагрузкам, ие разрушаясь. В результате больших степеней холодной пластической деформации
...
ганцевого й хромомарганцевого аустенитов к мартенсит-ному превращению при деформации связана с низкой энергией дефектов упаковки, которые являются зародышами кристаллов е- и а-мартенсита деформации. Мартенситные превращения в хромомарганцевых сталях развиваются по схеме у-*-е
...
Кавитационная стойкость находится в прямой зависимости от способности стали к упрочнению в процессе внешнего воздействия рабочей среды. Роль мартенситных превращений в повышении кавитационной стойкости заключается не только в том, что кристаллы мартенсита создают высокий уровень упрочнения и обладают повышенным сопротивлением разрушению, но и в том, что в процессе мартенситного превращения происходит релаксация напряжений. Мартенсит деформации отличается от мартенсита охлаждения .более высокой дисперсностью и большей прочностью кристаллов.
...
На основе представлений о высоком сопротивлении метастабильного хромомарганцевого аустенита кавитационной эрозии И. Н. Богачевым с сотрудниками были созданы кавитационностойкие стали 30Х10Г10, 0Х14АГ12, обладающие активной кинетикой мартенситообразования при деформации. Равномерная деформация и разрушение поверхностного слоя сталей с метастабильным аустенитом приводят к тому, что на поверхность выступает новый слой; в котором под действием гидравлических ударов снова образуется мартенсит. Многократное повторение этого процесса обусловливает очень медленное развитие разрушения, т. е. высокую эксплуатационную стойкость.
...
Химический состав и механические свойства метастабильных хромомарганцевых аустенитиых сталей приведены в табл. 30. Образование мартенсита в процессе механических испытаний метастабильных хромомарганцевых аустенитиых сталей обеспечивает им более высокие значения Ов
...
В современной электротехнике, приборостроении, судостроении и других отраслях требуется применение немагнитных сталей. Аустенитные стали парамагнитны, однако имеют низкие значения предела текучести (150—350 МПа), что-затрудняет их использование в качестве материала высоко-нагруженных деталей и конструкций.
...
Повышенные прочностные свойства, соответствующие уровню свойств конструкционных улучшаемых сталей, достигаются на сталях аустенитного класса холодной или теплой пластической деформацией; упрочнением в результате дисперсионного твердения, упрочнением посредством фазового наклепа при последовательном проведении прямого-и обратного мартенситных у-ня-^у-превращений.
...
Так, аустенитная сталь 50Г18Х4, из которой изготавливают бандажные кольца роторов электрогенераторов, применяется в состоянии после холодного или теплого наклепа. В наклепанном состоянии предел текучести стали 50Г18Х4 повышается до 1100 МПа при сохранении высокого уровня пластических свойств (6=30 %, ip'= 50 %). Примерно такой же комплекс механических свойств достигают на стали 50Г18Х4, легированной ванадием, в результате выделения дисперсных карбидов VC в процессе старения при температуре 650 °С.
...
Высокий комплекс механических свойств достигается на метастабильных сталях системы Fe — Ni — Ti (0,03— 0,05% С; 24—26 % Ni; 1,5—3,0% Ti), разработанных К. А. Малышевым после комбинированного упрочнения фазовым наклепом и старением. После низкотемпературного-старения (500—600 °С) фазонаклепанного аустенита вследствие выделения высокодисперсных частиц ■у'-фазы, когерентно связанных с матрицей, в стали Н24Х2ТЗ достигнут следующий комплекс механических свойств: 0О,2
...
Один из-новых путей повышения прочности немагнитных сталей состоит в использовании парамагнитного е-мартен-сита, образующегося в низкоуглеродистых сталях с,16—
...

Сварка пластмасс ультразвуком
Основы сварочного дела
Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Специальные стали