2802.Трещиностойкость железоуглеродистых сплавов

Таблица 3.12

Химический состав, механические свойства, структурные характеристики и критические температуры опытных сталей с различным содержанием марганца

Примечание: Nз – номер зерна; БП – балл полосчатости; Ф – феррит; П – перлит; ИС– игольчатыеструктуры

Рис. 3.35. Зависимость работы развития трещины ap от температуры испытания для сталей с различным содержанием марганца

На рис. 3.36 показано изменение критических температур Òêàð в за-

висимости от легирования марганцем. Независимо от увеличения размера зерна, а также появления перлитной составляющей при легировании марганцем до 1,05 % критические температуры повышаются незна-

241

чительно. Это связано с таким благоприятным обстоятельством, что марганец, задерживая возле себя азот, снижает его содержание в атмосферах Коттрелла, уменьшая тем самым блокирование дислокаций [162]. Резкое уменьшение трещиностойкости сталей при содержании Mn > 1,05 % связано с появлением игольчатых структур. Это вызвано

увеличением устойчивости аустенита при более высоких содержаниях марганца и уменьшением критической скорости закалки, в результате чего аустенит распадается при более низких температурах, что приводит к появлению игольчатых структур.

Рис. 3.36. Изменение критической температуры хрупкости Têap (а); номера зерна Nç (б) и количества структурных составляющих в сталях с различным содержанием марганца (в)

аб

Рис. 3.37. Микроструктура стали с 0,07 % Мn (а) и с 2,2 % Мn (б)

242

3.7.6. Влияние никеля

Результаты исследований, посвященных влиянию никеля [163], представлены в табл. 3.13 и на рис. 3.38–3.40. При повышении концентрации никеля до ~ 1 % наблюдается повышение трещиностойкости стали (см. рис. 3.38). Более высокое содержание никеля приводит к уменьшению работы развития трещины. На рис. 3.40 показана микроструктура стали с различным содержанием никеля. Из рис. 3.39 видно, что пока структура ферритоперлитная, легирование никелем снижает критические температуры. Этот эффект связан с тем обстоятельством, что Ni увеличивает степень металлических связей в решетке железа, что благоприятно отражается на пластичности стали. С появлением игольчатых структур при содержании Ni > 0,93 % кри-

тические температуры Òêàð начинают резко повышаться. Известно,

что никель, особенно в присутствии других легирующих элементов (в нашем случае ~ 1,2 % Mn), значительно повышает устойчивость аустенита при охлаждении, что, со своей стороны, приводит к его распаду при более низких температурах и образованию нежелательных игольчатых структур (рис. 3.40, б).

Таблица 3 . 1 3

Химический состав, механические свойства, структурные характеристики и критические температуры опытных сталей с различным содержанием никеля

Рис. 3.38. Зависимость работы развития трещины ap от температуры испытания для сталей с различным содержанием никеля

Рис. 3.39. Изменение критической температуры хрупкости Têap (а); номера зерна N3 (б) и количества структурных составляющих в сталях с различным содержанием никеля (в)

аб

Рис. 3.40. Микроструктура стали с 0,93 % Ni (а) и с 2,4% Ni (б)

244

3.7.7. Влияние титана

Из табл. 3.14 видно, что легирование стали титаном [164] до 0,40 % практически не изменяет прочностных характеристик.

Таблица 3.14

Химический состав, механические свойства, структурные характеристики и критические температуры опытных сталей с различным содержанием титана

Примечание: Nз – номер зерна; БП – балл полосчатости; Ф – феррит; П – перлит; ИС– игольчатыеструктуры

Данные о влиянии титана на трещиностойкость представлены на рис. 3.41. Необходимо иметь в виду, что в плавке Т1 содержание титана в количестве 0,025 % является неизбежной технологической примесью.

Рис. 3.41. Зависимость работы развития трещины ap от температуры испытания для сталей с различным содержанием титана

245

Легирование титаном до 0,16 % вызывает снижение трещиностойкости и соответствующее повышение (рис. 3.42) критических

температур Òêàð . Дополнительное легирование начинает повышать трещиностойкость, понижая критические температуры. Очевидно, ход изменения Òêàð хорошо коррелирует с изменением размера ферритного зерна.

Рис. 3.42. Изменение критической температуры хрупкости Tкap (а); номера зерна N3 (б) и количества структурных составляющих в сталях с различным содержанием титана (в)

3.7.8. Влияние ниобия

Легирование ниобием [165] до 0,40 % ведет к повышению прочностных и пластических характеристик стали (табл. 3.15), в результате чего непрерывно повышается ее трещиностойкость (рис. 3.43)

246

и соответственно понижаются критические температуры Òêàð

(рис. 3.44). Эти эффекты связаны с ролью карбонитридов ниобия, которые тормозят рост зерна и благоприятствуют образованию мелкозернистой структуры.

Таблица 3.15

Химический состав, механические свойства, структурные характеристики и критические температуры опытных сталей с различным содержанием ниобия

Рис. 3.43. Зависимость работы развития трещины ap

от температуры испытания для сталей с различным содержанием ниобия

247

Рис. 3.44. Изменение критической температуры хрупкости Têap (а); номера зерна N3 (б) и количества структурных составляющих в сталях с различным содержанием ниобия (в)

3.7.9. Влияние хрома

Изменение механических свойств и структурных характеристик в результате легирования стали хромом представлено в табл. 3.16 [163]. С увеличанием содержания хрома трещиностойкость падает (рис. 3.45), а критические температуры повышаются (рис. 3.46), при этом образование игольчатых структур делает это повышение еще более интенсивным. Появление этих нежелательных структур связано с повышением устойчивости аустенита при легировании хромом, что, как было отмечено, приводит к его распаду при более низких температурах.

Таблица 3.16

Химический состав, механические свойства, структурные характеристики и критические температуры опытных сталей с различным содержанием хрома

Примечание: Nз – номер зерна; БП – балл полосчатости; ИС – игольчатые структуры

Рис. 3.45. Зависимость работы развития трещины ap

от температуры испытания для сталей с различным содержанием хрома

Рис. 3.46. Изменение критической температуры хрупкости Têap (а); номера зерна N3 (б) и количества структурных составляющих в сталях с различным содержанием хрома (в)

249

3.7.10. Влияние молибдена

Легирование молибденом, как известно, повышает прочностные и снижает пластические свойства низкоуглеродистых нормализованных сталей (табл. 3.17) [166]. Трещиностойкость в результате этих изменений непрерывно снижается (рис. 3.47), при этом критические температуры (рис. 3.48) интенсивно повышаются, что, несомненно, связано с появлением игольчатых структур (рис. 3.49) в результате распада аустенита при все более низких температурах.

Таблица 3.17

Химический состав, механические свойства, структурные характеристики и критические температуры опытных сталей с различным содержанием молибдена

Рис. 3.47. Зависимость работы развития трещины ap

от температуры испытания для сталей с различным содержанием молибдена

250