Технология термической обработки

На практике все шире применяются специальные высоколегированные стали, имеющие аустенитную структуру

после закалки от высоких температур.

Аустенит этих сталей метастабилен и способен превращаться в мартенсит при глубоком охлаждении или деформировании в области отрицательных температур.

Для повышения прочности таких сталей необходимы особые виды обработки. Они отличаются тем, что на той или иной стадии их проведения протекает мартенситное превращение, вызванное охлаждением или пластической деформацией.

Образование мартенсита возможно и после завершения упрочняющей обработки, во время деформирования при механических испытаниях или в особых условиях эксплуатации (при кавитационном воздействии, абразивном изнашивании и в некоторых других случаях). Это приводит к значительному повышению механических свойств и эксплуатационных характеристик изделий.

2

УПРОЧНЕНИЕ ФАЗОВЫМ НАКЛЕПОМ

Фазовым наклепом аустенита называют его упрочнение, возникающее в результате прямого и обратного мартенситных превращений.

При этом состояние аустенита характеризуется повышенными значениями плотности дислокаций и прочностных характеристик.

Внешние проявления фазового наклепа могут быть существенно неодинаковы в разных сплавах, что определяется кинетикой и полнотой прямого и температурой конца обратного превращения, исходными свойствами аустенита, зависящими от его химического состава.

Фазовый наклеп может легко наблюдаться только на безуглеродистых высоколегированных сталях с мартенситной точкой Мн ниже комнатной температуры, не склонных к

дисперсионному твердению.

После закалки от высокой температуры такие стали сохраняют аустенитную структуру с низкой прочностью и высокой пластичностью.

3

Схема обработки метастабильных аустенитных сплавов для получения фазонаклепанного состояния

Для осуществления фазового наклепа необходимо провести обработку холодом, охладив сталь значительно ниже Мн, при этом в

стали образуется немалое количество мартенсита охлаждения. Затем сталь быстро нагревают до точки Ак (при этом в ней

образуется аустенит) и охлаждают до комнатной температуры, при которой сталь остается в аустенитном состоянии, но в аустените сохраняется большое количество дефектов. Эта процедура, приводящая к реализации γ α γ превращений, представляет собой один цикл обработки на фазовый наклеп.

4

Фазовый наклеп стабилизирует аустенит в сплавах с изотермической кинетикой превращения, но не оказывает существенного влияния на образование мартенсита в сплавах с атермической его кинетикой.

Стабилизация аустенита вследствие фазового наклепа выражается в понижении мартенситной точки и уменьшении полноты превращения.

При совмещении в одном сплаве изотермического и атермического превращений первое может подавляться фазовым наклепом почти полностью и тогда при охлаждении будет развиваться преимущественно атермическая составляющая превращения.

Достаточно сильный фазовый наклеп измельчает и устраняет крупные скачки превращения в сплавах со взрывной его кинетикой, сглаживая мартенситную кривую. Морфология кристаллов мартенсита при этом не претерпевает принципиальных изменений.

5

Механические свойства метастабильных аустенитных сталей. Предел текучести увеличивается в два-три раза, но не

превышает 550...600 МПа.

Всплавах с атермической кинетикой образования мартенсита основное упрочнение происходит уже при первом цикле γ α γ превращений. Последующие циклы обработки вызывают лишь небольшое увеличение предела текучести.

Всплавах с изотермической кинетикой полнота превращения даже в первом цикле обработки значительно меньше и вследствие сильной стабилизации аустенита фазовым наклепом уменьшается с каждым следующим циклом.

При повторных обработках образование мартенсита при охлаждении происходит главным образом в объемах остаточного аустенита, не претерпевших превращения в предшествующих циклах. Поэтому предельно возможное упрочнение достигается не сразу, а после нескольких циклов обработки.

6

Изменение механических свойств стали 05Н29 при прямом γα и обратном α γ мартенситных превращениях

Снижение пластичности и вязкости вследствие фазового наклепа происходит в меньшей степени, чем повышение прочностных характеристик.

7

Безуглеродистые метастабильные аустенитные дисперсионно

твердеющие стали системы Fe–Ni–Ti применяются в качестве высокопрочных немагнитных материалов (05Н25Х2Т2,

05Н24Х2Т3В). При совмещении фазового наклепа и старения в одной операции невозможно получить высокий предел текучести в сочетании с парамагнитностью. Для достижения этой цели необходимо разделить обработку на фазовый наклеп и старение.

Схема комплексного упрочнения сплавов Fe–Ni–Ti фазовым наклепом

(1) и старением (2)

После такой обработки сталей типа 05Н25Х2Т2, 05Н24Х2Т3 (дисперси- онное твердение обусловлено выделением γ'-фазы (Ni3Ti)) предел

текучести достигает 835...880 МПа при сохранении высокой пластичности (δ=20...25%, ψ=50...60%).

9

Прямое γ α мартенситное превращение при обработке сплавов Fe–Ni–Ti на фазовый наклеп обычно вызывается глубоким охлаждением с использованием жидкого азота. Можно отказаться от обработки холодом, проведя предварительное высокотемпературное старение при 650...750 °С. Вследствие интенсивного выделения γ'-фазы (Ni3Ti) содержание легирующих

элементов в аустените уменьшается, а мартенситная точка повышается и оказывается существенно выше комнатной температуры.

Схема упрочнения сплавов Fe–Ni–Ti фазовым наклепом с использованием предварительного комбинированного старения

10