8. Мартенситно-старіючі високоміцні сталі

Мартенситно-старіючі сталі - це сплави заліза з нікелем (8- 20%) і кобальтом (таблиця 22). Вони безвуглецеві (<0,03% С), але додатково легуються такими елементами, як Мо, Ті. \У, N6, Ве, А1, Сг, 5і, Мп, V, Та, Си. За конструкційною міцністю і технологічністю ці сталі значно перевищують середньовуглецеві леговані сталі. Висока міцність забезпечується завдяки поєднанню двох механізмів перетворень: мартенситного у—*а і старіння, коли утворюються сегрегації метастабільних та стабільних фаз [Ре₂Мо; і\’і₃Мо; М₍77,- ИіАІ; (Ре,Со)₂Мо].

Високий опір крихкому руйнуванню обумовлюється пластичністю і в'язкістю безвуглецевого мартенситу ("мартенсит заміщення").

Мартенситно-старіючі сталі загартовують від 800-860°С у повітряному середовищі. Під час нагрівання легуючі елементи Ті, Ве, АІ, Сг, Мо, XV (з обмеженою і перемінною розчинністю В Реа) переходять в у-розчин і під час охолодження не виділяються. Загартування фіксує утворення так званого "масивного" мартенситу у вигляді пакетів феритних пластин з високою щільністю дислокацій, розділених малокутовими межами. Перенасичений легуючими елементами, такий мартенсит характеризується високою рухомістю дислокацій, обумовленою великим вмістом нікелю, кобальту і малою концентрацією вуглецю. Тому залізонікелевий мартенсит з міцністю а_й=900-1100 МПа має високу пластичність (8=18-20%, \|/=75-85%), високу в'язкість (КСЦ=2-3 МДж/м²) і малу здатність до зміцнення під час обробки тиском. Останнє дає можливість деформувати сталі з великим ступенем деформації.

Основне зміцнення (-52 НКС) здобувається під час старіння при температурі 480-520°С, коли з мартенситу виділяються дис-

Таблиця 22. Масова доля легуючих елементів і механічні властивості (середні) мартеїіситно-старіїочих сталей

	Масова доля (середня) легуючих елементів	Оо,2	О*	б		¥
Марки сталей		МПа			%			кси МДж/м’
Н18К8МЗТ	18%№, 3%Мо, 8%Со, 0,2% Ті	1400	1450	15		65	0,8
НІ8К8М5Т	І8%№. 5%Мо, 8%Со, 0,5% Ті	1700	1800	8		50	0,6
НІ8К9М5Т і	18%Nі, 5%Мо, 9%Со, 0.9% Ті	1900	2100	8		50	0,5
1 ІІ18КІ2МЗТ2	18%№,3%Мо, 12%Со, 1.4% Ті	2350	2400	9		50	0,2
Н17КІ0ВІ0М2Т	17*М^і, 10%Со, 1()%\У, 1,5%Мо, 0,7%Ті	2300	2350	8,5		48	1 0,3 )
Н13К15М10	13%№, 15%Со, 10%Мо	2500	2600	6		зо	1 0,2
Н12К16МІ2	12%Nі, 16%Со, !2%Мо	2740	2800	5		40	0,2
Н8К18М14	8%Nі, 18%Со, 14%Мо	3400	3500	1		3	—
03X11Н9М2Т	9,7%19'і, 10,8%Сг, 2%Мо, 0,7%Ті, 0,03%С	—	1600	—		60	0,7
08ХІ5Н5Д2Т	5%І9і, 14,5%Сг, 2%Си, 0,10%Ті, 0,08%С	—	1300	—		58	1.4
ОЗН12Х5МЗ	11,5%№,4%Сг, 2,5%Мо, 0,15%Ті, 0,10%А 1,0,03%С	—	1200	—		68	0,9
ЗОН8К4ХМФ	8%Nі, 5%Со, І%Мо, 1%Сг, 0,32%С,0,І%У	....	1600	....		55	0,8

персні частинки вторинних фаз, когерентно зв'язаних з матрицею. Найбільше зміцнення при старінні забезпечують Ті, Ве, АІ, а найменше - Мо.

Висока щільність дислокацій і меж в об'ємі мартенситу забезпечує однорідне розподілення частинок вторинних фаз з відстанню між ними 0,2-0,5 мкм. Для мартенситно-старіючих сталей харак- и рним є висока границя текучості о₀,2 (таблиця 22) і більш висока, ніж у кращих пружинних сплавів, границя пружності (00,002= 1500 МПа), низький поріг холодноламкості (Т₅₀ на 60-80°С нижчий, ніж у ітрсдньовуглецевих легованих сталей).

Підвищення міцності після старіння знижує пластичність і в'язкість сталей, але вони залишаються на високому рівні. В той же час робота поширення тріщини КСТ, значно вища, ніж у ітрсдньовуглецевих високоміцних сталей (0,25-0,3 МДж/м² замість 0,06-0,08 МДж/м²). В'язкість руйнування К-іс у мартенситно- паріючих сталей при 00,2=1800-2000 МПа досягає 50-70 МПа^-м^І/2, тоді як у високоміцних сталей з вуглецем при тому ж значенні о₀,₂ К-іс-20-30 МПа-м^1/2.

Другою системою мартенситно-старіючих сталей, яка забезпечує рівень міцності о„<1600 МПа, являються залізохромонікелеві сплави (10-13%Сг; 5-10%№) з добавками Мо, Ті, Со, ЛІ, Си (03X11Н9М2Т, 03Х12Н10Д2Т, 03Х12Н8К5М2Т). Вони відносяться до корозостійких сплавів, в структурі яких може бути 10-40% залишкового аустеніту. Третьою системою мартенситно-старіючих сталей з рівнем міцності о«<1500 МПа являються сплави Ре з 12%№ додатковим легуванням Си, Ми, V, Ті, ЛІ (Н12Д2М2ТЮ, ОЗН12Х5МЗ, Н8Г4ФЗД2). Четвертою системою легування являються залізонікелекобальтові сплави (до 9% №; 4%Со) з добавками карбідоутворюючих елементів і вмістом вуглецю 0,2-0,4% (30Н8К4ХМФ). Змішаний карбідно-інтерметалідний механізм зміцнення забезпечує міцність на рівні о_к=1300-2000 МПа.

Мартенситно-старіючі сталі можуть застосовуватись для роботи в широкому діапазоні температур - від кріогенних до 450-500°С.

Інша важлива вада мартенситно-старіючих сталей - висока технологічність. ’ Вони необмежено прогартовуються, добре зварюються, до старіння легко деформуються і обробляються різанням. Під час термообробки практично не трапляється жолоблення і виключається зневуглецьовування.

Не дивлячись на високу вартість, сталі зі старіючим мартенситом використовують для найбільш відповідальних деталей в авіації, ракетній техніці, суднобудуванні.

Зварюваність мартенситно-старіючих сталей краща, ніж загальновідомих вуглецевих та легованих сталей. Вони мало чутливі до утворення гарячих і холодних тріщин; забезпечують підвищений

рівень механічних властивостей зварних з єднань н нетермообробленому стані і можливість досягнення рівноміцності І основним металом після проведення старіння.

Висока прогартовуваність мартенситно-старіючих сталей сприяє одержанню мартенситної структури незалежно від швидкості охолодження після нагріву при зварюванні. Окрім мартенситу в структурі сталі буде зберігатись велика кількість залишкового аустеніту. Іншою причиною появи аустеніту може бути нагрів загартованої сталі до температури ~ 600°С, який призводить до зворотного а—»у - перетворення. В ділянках ЗТВ з температурою нагріву 650°С мартенсит розпадається на ферит та збагачений нікелем стабільний аустеніт. При охолодженні до кімнатної температури ці структурні складові зберігаються і не змінюються під час старіння.

Специфічними недоліками якості зварних швів мартенситно- старіючих сталей є схильність до утворення холодних тріщин в присутності водню і небезпека появи поруватості, несплавления і забрудненості неметалевими включеннями через низький вміст елементів - розкислювачів (С, 5/, Мп).