книги из ГПНТБ / Богачев И.Н. Структура и свойства железомарганцевых сплавов

углерода 0,4 и 0,9% марганец слабо влияет па величину предела текучести, несколько повышая предел прочности. Характеристики пластичности повышаются с ростом кон­ центрации марганца до 20—22%• Дальнейшее увеличе­ ние содержания марганца также оказывает слабое влия­ ние на пластичность и вязкость (рис. 83). В сплаве с 0,9% С механические свойства во всем интервале кон­ центраций марганца резко повышаются по сравнению

Относительное удлинением /!, %

Рис. 82. Влияние углерода на упрочнение сталей:

а - И З ( / — 4 0 Г 1 3 , 2 — 6 5 Г 1 3 , 3 — І 2 0 Г 1 3 ); б — Г 2 0 ( / — 4 0 Г 2 0 ; 2 — 5 5 Г 2 0 ; 3 — 8 0 Г 2 0 )

со сплавами, содержащими 0,4% С, а предел текучести увеличивается почти в 2 раза. Влияние углерода на механические свойства сплава Г20 проявляется в том, что при его содержании до 0,4% понижается предел те­ кучести этого сплава. Это связано с уменьшением коли­ чества е-фазы по сравнению с безуглеродистыми спла­ вами, сплав 40Г20 в закаленном состоянии является чисто аустенитным. Несмотря па стабилизацию аусте­ нита при введении углерода до 0,2% характеристики пластичности понижаются и лишь при увеличении сте­ пени легирования повышение устойчивости аустенита сопровождается увеличением пластичности.

При содержании углерода выше 0,4% повышаются все механические характеристики при одновременном интенсивном повышении устойчивости аустенита. Так, при деформации сплава, содержащего не менее 0,6% С, е-фаза не обнаруживается вплоть до разрушения. Сле­ довательно, повышение механических характеристик связано с влиянием углерода на деформационное уп­

рочнение и ne связано с образованием мартенситных фаз. Возрастание концентрации углерода до 0,9% в сплаве Г13 и Г20 повышает его механические характе­

рно. 83. Влияние углерода на механические свойства ста­ лей с 0.4 (а) и 0,9 (б), % С

ристики (рис. 84). При этом углерод стабилизирует аустенит по отношению к у -> е- и к у -» а-превраще- нию. В сплаве с 0,9% С некоторое количество мартен­ ситных фаз может образоваться только после больших степеней деформации. Дальнейшее возрастание кон­

центрации углерода оказывает слабое влияние на меха­ нические свойства сплава Г13.

Таким образом, анализ влияния углерода па изме­ нение механических свойств Fe—Mn сплавов показыва­ ет, что повышение свойств не всегда определяется фа­ зовыми превращениями у —>-а и у^-е. Появляются дополнительные факторы, например собственное упроч-

%С

Рис. 84. Влияние содержания углерода на механические свойства ста­ лей Г13 (а) и Г20 (б)

пение существующих фаз, оказывающее существенное влияние на формирование механических свойств. Уве­ личение содержание углерода в железомарганцевых сплавах приводит к стабилизации аустенита и пониже­ нию мартенситной точки М% , вследствие чего и умень­ шается полнота превращения.

Углерод, присутствующий в сплаве, может оказы­ вать существенное влияние на склонность сплава к об­

для сплава Г20 до 6 мкдж/см2 (60 эрг/см2) для сплава 60Г20, причем последний сплав стабилен. Плотность дислокаций находится в пределах 1012 см~2 и повышает­ ся с увеличением содержания углерода, т. е. обе вели­ чины изменяются в одном направлении. Структурно это проявляется в образовании ячеистой дислокационной структуры, которая по мере повышения концентрации углерода возникает при все меньших степенях дефор­ мации.

Исследование влияния фазовых переходов на упроч­ нение и механические свойства Fe—Mn сплавов было проведено на сплаве Г!9. После закалки сплав подвер­ гался 3, 5, 10 и 15 циклам переходов 400 ^ 20° С. С мо­ мента последнего цикла до начала испытания проходи­ ло 12—15 мин.

Рис. 85. Влияние фазо­ вых переходов 400^20° С на упрочнение стали Г19:

Исследования показали, что у сплава Г19 изменя­ ется характер упрочнения при циклической обработке (рис. 85). Некоторая разница в значениях истинных на­ пряжений при деформациях, близких к нулю, связана с неодинаковым фазовым составом сплава и состояни­ ем аустенита перед растяжением. Так, непосредственно

ний наряду с наклепом аустенита приводят к некоторо­ му увеличению полноты превращения, что сопровожда­ ется ростом истинных напряжений. Однако последую­ щая циклическая обработка приводит к стабилизации аустенита и после 15 циклов сплав становится аусте­ нитным. Это приводит к значительному снижению вели­ чины истинных напряжений.

Интенсивность нарастания напряжений увеличива­ ется вплоть до 15 циклов на всем участке кривых рас­ тяжения. Это свидетельствует о повышении склонности сплава Г19 к упрочнению при холодной пластической деформации в зависимости от числа фазовых у^е-пе- реходов. Данная особенность проявляется в повышении

Изменение механических свойств в зависимости от фазовых переходов

этом следует отметить, что для закаленного сплава Г19 понижение коэффициента упрочнения наблюдается до деформации 3—4%, после чего коэффициент упрочне­ ния практически не изменяется. С увеличением числа циклов понижение коэффициента упрочнения растяги­ вается до деформации 8—10%. При дальнейшем повы­ шении степени деформации коэффициент упрочнения стабилизованного сплава Г19 не изменяется, но остает­ ся больше, чем после закалки.

Исследование механических свойств сплава Г19 в зависимости от числа циклов показало, что фазовые переходы приводят к повышению пластичности и к не­ которому увеличению прочности. Влияние фазовых пе­ реходов на предел текучести имеет сложный характер. Первые 3 цикла приводят к повышению предела теку­ чести. Это связано с максимальным фазовым наклепом аустенита при первых циклах фазовых переходов и с некоторым увеличением количества е-фазы. При дальнейшем увеличении числа циклов предел текучести падает, что связано с повышением стабильности аусте­ нита по отношению к у->-е-превращению (табл. 9). Ко­ эффициенты упрочнения К1 и К2 повышаются. Из полу-

ченных данных можно сделать вывод, что термической обработкой при определенном количестве циклов мож­ но получить хорошее сочетание прочности и пластич­ ности на сплавах типа Г19.

Это подтверждается характером изменения механи­ ческих свойств сплава Г20 после закалки и соответству­

циклов фазовых переходов 400^20° С и 12 ч изотерми­ ческой выдержки при комнатной температуре с после­

(56 кГ/мм2), вв = 870 Мн/м2 (87 кГ/мм2), ’6 = 17%, Ф = = 20%. Таким образом, предел текучести сплава значи­ тельно повысился, а пластичность практически не изме­ нилась.

Повышение предела текучести в результате терми­ ческой обработки, по-видимому, связано со значитель­ ным упрочнением как аустенита, так и е-фазы. Образо­

чести которого уже после закалки составляет 550 Мн/м2 (55кГ/мм2), то эта обработка с последующей изотерми­

указанная обработка увеличивает дефектность структур­ ных составляющих [увеличивается концентрация де­ фектов упаковки и плотность дислокаций (см. гл. V)]. Кроме того, на упрочнение влияют еще фазовые пре­ вращения. Образование е-фазы в стабилизированном

Влияние холодной пластической деформации на механические свойства сплава Г20, легированного хромом и никелем

(для сравнения)

ния концентрации легирующего элемента, из-за увеличения стабильности аустенита к фазовым превра­ щениям, при одной и той же степени предварительной деформации достигаются все более низкие значения предела текучести. Молибден и никель в этом отноше­ нии оказывают гораздо более сильное влияние, чем

хром и вольфрам. При этом пластичность пе возрастает. Особое внимание следует обратить на влияние де­

9,5% при достаточно высоких прочностных характерис­ тиках [оо,2= 895 Мн/м2 (89,5 кГ/мм2), ав=1060 Мн/м2 (106 кГ/млі2)] характеристики пластичности также от­ носительно высоки.

Несколько по-другому изменяются характеристики пластичности сплава Г19, легированного молибденом. По мере увеличения содержания этого элемента дефор­ мация все менее интенсивно снижает относительное уд­ линение и для сплавов Г19М4 и Г19М6 при деформации 30—34% 6= 15 16%. Интересно отметить, что отно­ сительное сужение в случае легирования этими элемен­ тами практически не зависит от деформации и находит­ ся на высоком уровне (ср ==55 65%)- Такое изменение характеристик пластичности сплавов, легированных мо­ либденом, может быть объяснено фазовыми превраще­ ниями при деформации, которые, по-видимому, приво­ дят к интенсивному протеканию релаксационных про­ цессов.

По мере легирования аустенит стабилизируется как по отношению к деформации, так и (в закаленном со­ стоянии) по отношению к у-> е-превращению, при этом интенсифицируется образование a -фазы как при увели­ чении содержания молибдена, так и при возрастании степени деформации (табл. 10). В легированных Fe—Mn сплавах типа Г20 имеется реальная возмож­ ность повышения предела текучести при сохранении до­ статочной пластичности путем деформирования с на­ пряжениями 1000 Мн/м2( 100 кГ/мм2) и более.

Углерод наряду с повышением стабильности аусте­ нита позволяет увеличить степень деформации, чтобы получить 00,2=900 Мн/м2 (90 кГ/мм2) значительное по­ вышение пластичности (табл. 12). При этом интересно отметить, что возрастание стабильности аустенита

Влияние легирующих элементов на механические свойства закаленных сплавов

к образованию е-фазы для сплава Г20 при увеличении содержания углерода от 0,4 до 0,8% привело к допол­ нительному повышению пластичности при одинаковой степени деформации, при которой исходное значение сго,2= 900 Мн/м2 (90 кГ/мм2). Таким образом, уменьше­ ние прочности за счет большей стабильности компенси­ ровалось упрочнением аустенита за счет введения угле­ рода. Для получения того же значения оо,2 в метастабильном сплаве 40Г13 требуется меньшая деформация (17,5%). Однако пластичность сплава после этой де­ формации будет более низкой из-за появления в нем значительного количества е- и a -фаз. Если же уве­ личить содержание марганца до 20—30% и содержание углерода до 0,9%, то при рассматриваемом значении предела текучести характеристики пластичности воз­ растают. При увеличении содержания углерода до 0,9% повышается пластичность при некотором увеличении степени пластической деформации. Увеличение содер­ жания углерода до 1,20% приведет к некоторому пони­ жению характеристик пластичности (табл. 12).

Увеличение содержания марганца от 13 до 20% при