Комплекс механических свойств среднеуглеродистых легированных сталей, упрочняемых закалкой с последующим низким отпуском

Среднеуглеродистые низколегированные стали, упрочняемые термомеханической обработкой, применяют для изготовления деталей простой формы, от которых требуется высокая прочность: буровые штанги в нефтяной и добывающей промышленности; рессоры мощных машин в общем машиностроении.

Для упрочнения с применением термомеханической обработки могут быть использованы многие среднеуглеродистые легированные стали. Главным условием выбора стали является повышенная устойчивость аустенита в области температур деформирования.

Наибольшее применение имеют стали марок 55ХГР, 40ХГСН3ВА, 30Х2АФ, 70С2ХА.

В результате высокотемпературной термомеханической обработки (ВТМО) с последующим низким отпуском по сравнению с высокопрочными сталями (НО) повышается предел текучести до 2100 МПа, повышается коэффициент вязкости разрушения К_1сдо 50 – 100 МПа м^1/2, что наиболее важно для высокопрочного состояния.

Мартенситно-стареющие стали (стали, упрочняемые при старении безуглеродистого мартенсита) – особый класс высокопрочных материалов, которые превосходят по конструкционной прочности и технологичности другие высокопрочные стали.

Термообработка мартенситно-стареющих сталей состоит в закалке от 880 – 1000°С и старении при температурах 480 – 500^оС.

Основной группой МС - сталей являются стали системы Fe – Ni (03Н18К9М5Т,03Н18К12М5Т2, Н16К4М5Т2Ю) с 15 – 19 %Ni, легированные кобальтом (4 – 17 %), молибденом (3,3 – 5,5 %), титаном (0,5 – 1,9 %), а также 0,15 – 0,30 % алюминия. Высокое содержание никеля обеспечивает возможность протекания при закалке бездиффузионного сдвигового мартенситного превращения. Никель и кобальт в практически безуглеродистом (до 0,03 % С) мартенсите обеспечивают высокую подвижность дислокаций и, следовательно, высокую пластичность, ударную вязкость и коэффициент вязкости разрушения.

Мартенсит этих сталей является пересыщенным твердым раствором замещения молибдена, титана, алюминия в железе. Эти элементы участвуют в образовании высокодисперсных фаз Fe₂Mo,Ni₃Ti,NiAl,Ni₃Moпри старении, что приводит к упрочнению (рис. 3.6).

Повышенная пластичность мартенсита позволяет деформировать закаленные стали с высокими степенями обжатия и любыми способами. Безуглеродистый мартенсит интенсивно упрочняется при холодной пластической деформации и дополнительный прирост прочности может составить 400 – 800 МПа.

Мартенситно-стареющие стали имеют специальное применение в авиационной, ракетной технике, в судостроении: из них изготавливают крупные детали несущих конструкций ракет, шасси и гидрокрылья самолетов, корпуса подводных лодок и батискафов.

Рис. 3.6. Изменение механических свойств мартенситно–стареющей стали