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

Механические свойства марганцевых сталей после упрочнения холодным наклепом при разном

пределе текучести

0,4% С приводит к некоторому повышению степени де­ формации для получения заданного а0,2 при существен­ ном повышении пластичности, а возрастание концент­ рации от 20 до 30% Мп уже требует значительно боль­ ших деформаций без существенного изменения пластичности. Для указанного содержания углерода при изменении концентрации марганца в формировании механических свойств существенную роль играет ста­ бильность аустенита. В сплавах с 0,8—1,2% С, для ко­ торых стабильность аустенита практически не играет

роли в формировании механических свойств, увеличе­ ние содержания марганца практически не влияет на степень предварительной деформации, необходимой для получения заданного предела текучести при высокой пластичности. Легирование сплава 40Г13 10% Сг после деформации 19,5% не приводит к существенному повы­ шению пластичности, хотя стабильность этого сплава значительно возрастает.

составляют сплавы 90Г30 и 40Г35, для которых необхо­

зультаты исследования влияния тепловой деформации на механические свойства сплавов 40Г13, 40Г13Х10 и 55Г20 представлены в табл. 13. Видно, что деформация при 300° С на ту же степень, что и при 25° С, приводит к бо­ лее низкому значению предела текучести при увеличении пластичности. Для получения предела текучести, равного 900 Мн/м2 (90 кГ/мм2), после такой обработки требует­ ся более низкая степень холодной пластической дефор­ мации, но суммарная деформация несколько большая. При этом характеристики пластичности сплавов 40Г13 и 40Г13Х10 значительно выше, чем после холодной плас­ тической деформации при одном и том же значении пре­ дела текучести. Для сплава 55Г20 они несколько ниже. Повышение пластичности сплавов 40Г13 и 40Г13Х10 при сочетании теплой и холодной пластических деформаций обусловлено повышением стабильности аустенита к об­ разованию а- и е-фаз, так как указанные деформации при 300° С приводят к повышению устойчивости аустени­ та при последующем охлаждении и холодной дефор­ мации.

Упрочнение сплавов происходит в значительной мере за счет наклепа Fe — Mn аустенита. Анализируя механи-

Влияние способа наклепа

на механические свойства Ре— Mn сплавов

можно утверждать, что хром и марганец повышают пла­ стичность спалва 40Г13 при одном и том же пределе те­ кучести. Пластичность сплава 55Г20 после дополнитель­

этих сплавов не может быть объяснено изменением фа­ зового состава.

происходят фазовые превращения, показали, что содер­ жание марганца практически не влияет на упрочнение

Fe — Mn аустенита. По мере увеличения содержания уг­ лерода несколько повышается склонность аустенита к упрочнению, в особенности при больших деформациях (рис. 86). Склонность к упрочнению стабильного Fe — Мп аустенита при 20° С выше, чем при 300° С. Это разли­ чие несколько увеличивается по мере увеличения содер­ жания углерода.

Интересные результаты дает изучение сопротивления Fe — Мп сплавов-. малым пластическим деформациям

Рис. 86. Упрочнение различных сплавов при теплой де­ формации (300° С)

после деформирования с одной и той же степенью при различных температурах (рис. 87). Исследования пока­ зывают, что пластическая деформация на 20% в интер­ вале температур от 400 до 250° С не влияет на предел те­ кучести. Деформация на эту же степень ниже 250—200° С приводит к повышению предела текучести, величина ко­ торого сильно зависит от химического сплава. Для спла­ ва Г40, являющегося стабильным, возрастание предела текучести начинается при температурах деформации ни­ же 200°С, а для сплава Г31— ниже 150°С, но величина прироста невелика. Увеличение содержания углерода до 0,9% в сплавах этого типа не приводит к существенному изменению температуры начала возрастания предела текучести и величины прироста. В то же время умень­ шение содержания марганца до 13—20% в сплавах с

большим содержанием углерода приводит к довольно интенсивному повышению предела текучести после пред­ варительных деформаций ниже 250—200° С (см. рис. 87). В стабильных Fe—Mn сплавах 90Г35 и 40Г35 этот про­ цесс связан не с образованием мартенситных фаз, а с упрочнением Fe—Mn аустенита, природа которого из­ меняется в определенном температурном интервале де­ формации.

Температура предбарительной деформации, °С

Рис. 87. Зависимость предела текучести от темпера­ туры предварительной деформации на 20%

Для нестабильных марганцевых сплавов Г22 и 40Г13 предел текучести до 250°С практически не зависит от температуры деформации. Понижение температуры де­ формации ниже указанной приводит к резкому (в 1,5— 2 раза) повышению а0,і. При этом в безуглеродистом сплаве Г22 склонность к упрочнению значительно выше, чем в углеродистом 40Г13. Анализ фазового состава по­ казывает, что образование е-фазы в обоих сплавах начи­ нается при температурах деформации ниже 200° С, а а-фазы — ниже 150° С. При деформации в сплаве Г22 наиболее интенсивно образуется е-фаза, а в сплаве 40Г13 — a-фаза. Однако суммарное количество мартен­ ситных фаз даже после деформации при комнатной тем­ пературе не превышает 50%. Это свидетельствует о том,

Что интенсивное упрочнение этих сплавов при деформа­ ции ниже 250°С обусловлено не только образованием мартенситных фаз и их упрочнением, но и упрочнением самого аустенита.

Анализ приведенных данных показывает, что при рас­ смотрении природы упрочнения Fe — Mn сплавов следу­ ет учитывать не только образование мартенситных фаз, но и состояние аустенита, деформационное упрочнение которого зависит как от химического состава, так и от температуры и обусловлено деформацией в определен­ ном температурном интервале.

4. Комбинирование фазового и механического наклепов

Как было показано выше, фазовые у е-переходы и холодная пластическая деформация оказывают значи­ тельное влияние на упрочнение Fe — Mn сплавов. Одна­ ко последний способ упрочнения наряду с существен­ ным повышением прочностных характеристик приводит к значительному понижению характеристик пластично­ сти. С учетом особенностей кинетики мартенситного у^е-превращения, которое протекает при относительно низких температурах была сделана попытка оценить принципиальную возможность существенного повыше­ ния механических свойств метастабильных Fe—Mn спла­ вов совместным применением механического и фазового наклепа. Из табл. 14 и 15 видно, что даже деформация 4—6% с промежуточными циклами приводит к значи­ тельному повышению характеристик прочности закален­ ного сплава Г19 (а0,2 возрастает в 2 раза, ов — в 1,5 раза: сравните обработки 1, 3, 5, 7). При этом пластичность не только не уменьшается, а наоборот, повышается по сравнению с закаленным состоянием в 1,5—2 раза. Еще более высокую пластичность сплава Г19 можно полу­ чить, если комбинированную обработку закончить фазо­ выми у-^-е-превращениями. В этом случае сопротивление малым пластическим деформациям сплава Г19 больше чем после закалки, но меньше, чем после сложной обра­ ботки, последней операцией которой является деформа­ ция (сравните обработки 2 и 3, 4 и 5, 6, 7 из табл. 14).

После комбинированной обработки сплава Г20С2 предел текучести его повышается до ^ 1,000 Мн/м2 (100 кГ/мм2), если обработка завершается пластической

Влияние механического и фазового наклепа на механические свойства сплава Г20С2

ванных Fe — Mn сплавах. Уменьшение количества е-фа- зы обусловлено стабилизацией аустенита фазовыми у^е-превращениями в сочетании с пластической дефор­ мацией. Таким образом, повышение прочностных харак­ теристик связано не с увеличением количества мартен­ сита с гексаіопальной решеткой, а с упрочнением самих структурных составляющих и растянутой кинетикой их образования.

Действительно,. проведенные исследования показы­ вают, что при комбинированной обработке как с увели­ чением числа циклов, так и с увеличением суммарной деформации сначала происходит накопление структур­ ных несовершенств в обеих фазах сплава Г19. По дости­ жении достаточно высокой плотности несовершенств фа­ зовые переходы, следующие за пластической деформа­ цией, приводят к уменьшению их количества (растут блоки и уменьшаются микроискажения в е-фазе, умень­ шается ширина линий аустенита за счет уменьшении микроискажений и концентрации дефектов упаковки в нем). Поэтому увеличение пределов текучести (до 2 раз) и прочности (до 1,5 раз) в результате механического И фазового наклепов обусловлено не только соотношением

количеств аустенита и к-фазы, но и их пакленом. При этом сопоставление величины ао.г, фазового состава и тонкой структуры (см. гл. V) дает основание полагать, что величина предела текучести определяется не только количеством е-фазы, но и ее тонкой структурой и дефект­ ностью, величина которой зависит от состояния аусте­ нита.

Комбинированная обработка приводит наряду с повы­ шением прочностных характеристик к значительному по­ вышению пластичности Fe — Mn сплава, которое, по-ви- димому, обусловлено изменениями в тонкой структуре аустенита и е-фазы, происходящими в результате прямо­ го и обратного мартенситного превращения (релаксация и перераспределение дефектов структуры в аустените и е-фазе в процессе фазового превращения как при охлаж­ дении, так и при деформации). Кроме того, как показы­ вают металлографические исследования, е-фаза, образу­ ющаяся из фазонаклепанного аустенита при охлаждении или деформации, мелкодисперсная, что также является одной из причин повышения механических свойств.

Таким образом, комбинированной обработкой, состоя­ щей из пластической деформации и фазовых у—>-е-перехо- дов, можно значительно повышать прочностные характе­ ристики метастабильных аустенитных Fe — Mn сплавов. ТІри этом пластичность сплава остается на достаточно высоком уровне, а в некоторых случаях может и возра­ стать.

сплава возрастают почти вдвое, а пластические свойства несколько уменьшаются. Интенсивность изменения как прочностных, так и пластических свойств зависит от со­ держания марганца в сплавах и увеличивается с уменьше­ нием его концентрации. Если в сплаве с 33% Мп а0,о5

Т а б л и ц а 17

Механические свойства Fe— Mn

сплавов при 20° С (числитель) и — 196° С (знаменатель)

сплава увеличиваются более чем в 2 раза по сравнению со сплавом с 33% Мп.