Высокопрочные стали
1
К высокопрочным относятся стали с временным сопротивлениемВ>1400 МПа и 0,2>1200 МПа.
Получение высокопрочного состояния связано с образованием метастабильной структуры с высоким уровнем микроискажений, высокой плотностью дефектов кристаллического строения и, следовательно, повышенной склонностью к протеканию диффузионных процессов.
1. Легированные низкоотпущенные стали.
30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 35ХГСА
Легируют Cr, Mo, W, V, Si. Содержание углерода не превышает 0,3…0,4%.
Термообработка: закалка+низкий отпуск 150…200°С (ниже температуры необратимой отпускной хрупкости I рода).
Большое значение имеет чистота стали по неметаллическим включениям, газам и вредным примесям. Поэтому применяют специальные способы выплавки – электрошлаковый или вакуумно- дуговой переплав.
Применяют для высокопрочных болтов, баллонов высокого
давления, деталей шасси самолетов. |
2 |
|
2. Дисперсионно-твердеющие стали.
40Х5М2СФ, 40Х5ФСБ.
Содержание углерода в дисперсионно-твердеющих сталях составляет 0,3…0,4%.
Влияние V на твердость HV при отпуске закаленной стали с 0,3%С:
11 - 0,09%V, 12 - 0,49V,
13 - 0,9%V, 14 - 1,99%V
Эффект упрочнения таких сталей основан на вторичном твердении при отпуске закаленных на мартенсит сталей определенного состава.
В интервале температур 550…650°С выделяются специальные карбиды. При этом повышается прочность и падает пластичность. Возрастание прочности и твердости сталей при вторичном твердении происходит при определенной объемной доле выделяющихся карбидов.
3
1000… 10500С
Дисперсионно-твердеющие стали обычно подвергают закалке от температур 1000…
600…6500С 1050°С, что обеспечивает перевод части карбидной фазы в твердый раствор. Размер зерна аустенита при этом сохраняется мелким, т.к. растворяются не все карбиды, которые являются барьерами при миграции границ зерен.
Отпуск проводят при температурах несколько выше максимума прироста прочностных свойств: 600…650°С (перестаривание), что повышает пластичность и вязкость, т.к. при максимальном эффекте вторичного твердения интенсивно падает ударная вязкость стали. Эти стали могут работать при температурах на 100…150°С ниже температуры отпуска.
4
ПНП-стали.
Высокопрочные стали с пластичностью, наведенной превращением (ПНП-стали или трип-стали).
ПНП-стали легируют Mn, Si, Mo, Cr, V, W, Ni. Содержание углерода
– 0,3%. Легирование подбирают таким образом, чтобы температуры мартенситного превращения Мн и Мк, были ниже комнатной.
ПНП-стали при сопоставимой прочности имеют более высокую пластичность.
После закалки имеют аустенитную структуру. Затем проводят пластическую деформацию при Т=250…550°С (ниже Трек.) до ε=80%,
что повышает мартенситные точки. Структура - деформированный аустенит (метастабильный). Деформация такого аустенита приводит к образованию мартенсита деформации, что увеличивает прочность и пластичность5 сталей.
Износостойкие стали
Износ – это процесс изменения размеров формы, массы или состояния поверхностного слоя под влиянием внешней среды.
Износостойкие стали должны иметь высокую прочность, сопротивление усталостному разрушению, вязкость разрушения, теплопроводность, при наличии агрессивных сред – коррозионную стойкость.
Для деталей, для которых не важна размерная стабильность, а принципиальное значение имеет износостойкость при ударных нагрузках (ковш экскаватора) используют износостойкие стали на основе марганцовистого аустенита. Основным требованием к таким сталям является высокое значение коэффициента деформационного упрочнения.
6
Наиболее распространенная износостойкая сталь – высокомарганцовистая аустенитная сталь 110Г13Л (сталь Гадфильда): 0,9…1,4%С; 11,5…14% Mn; 0,3…1,0%Si; 0,05%S;0,12%P; 1%Cr; 1%Ni; 0,3%Cu.
1000… 11000С
Для обеспечения высокой износостойкости в сочетании с хорошей пластичностью и ударной вязкостью сталь закаливают с температуры 1050…1100°С в воде. При этом
вода фиксируется структура аустенита и предотвращается выделение карбидов.
7
Пластическая деформация в марганцовистой аустенитной стали осуществляется путем скольжения по плоскостям {111} или двойникованием. Линии деформации и двойники разделяют аустенитные зерна на микрообласти, в которых затем происходит накопление решеточных дислокаций – наклеп
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 без разрушения.
8
Метастабильные аустенитные стали
30Х10Г10, 60Х4Г10Л.
Стали на хромомарганцевой основе с высокой кавитационной стойкостью.
Под влиянием внешней нагрузки они претерпевают мартенситные превращения по схеме . В случае малых степеней деформации инициируется , а при больших , а также - превращение.
Мартенсит деформации отличается от мартенсита охлаждения более высокой дисперсностью и большей прочностью кристаллов.
Стали обладают 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. В результате многократного повторения этого процесса разрушение происходит очень медленно.
9
840… 8500С
масл о 450 150
С
Термообработка метастабильных аустенитных сталей заключается в закалке с температур 1050…1150°С для фиксации аустенита и предотвращения выделения карбидов.
Для высоконагруженных деталей генераторов (бандажные кольца) применяется метастабильные аустенитные стали (40Х4Г18Ф), упрочненные наклепом и дисперсионным твердением. Отпуск проводится на образование карбидов ванадия и хрома.
10