Влияние пластической деформации на свойства спеченных мартенситно-стареющих сталей

09.07.2019

Пластическая деформация спеченных мартенситно-старещих сталей позволяет существенным образом улучшить структуру, уменьшить пористость, интенсифицировать процессы упрочнения при старении. Деформация, проведенная на различных этапах технологического цикла производства спеченных мартенситно-стареющих сталей, вызывает их упрочнение. Изучению влияния пластической деформации на структуру, свойства посвящены многие работы по мартенситно-стареющим сталям. При этом в зависимости от способа деформации и выбранного состава стали получены различные величины упрочнения (табл. 65).

На рис. 73 приведены используемые различными исследователями схемы термомеханической обработки. Следует, однако, отметить, что не все приведенные схемы являются оптимальными. Выбору оптимальных режимов деформирования посвящены работы. В них для поиска оптимума проведены исследования как процессов старения, изменения структуры и прочностных свойств в процессе деформации, так и изучение механизма деформирования пористого материала при помощи построения моделей прокатки и выдавливания и расчета энергосиловых параметров. Соответственно этим направлениям проводят экспериментальные исследования по холодному и горячему деформированиям, а также теоретические расчеты параметров деформированной обработки пористых спеченных мартенситно-стареющих сталей.

Ряд работ, касающихся спеченных мартенситно-стареющих сталей, посвящен исследованию влияния холодной прокатки на механические свойства изучаемых сталей. Так, в работе предварительно спеченные (по оптимальному режиму) заготовки размером 70х12х(2-10) мм подвергали деформации по схемам А, Б и В (рис. 73). Старение проводили в нагревательной печи без применения защитной атмосферы. На рис. 74 приведены механические свойства стали Н14К7М5 после различных режимов обработки по схемам, показанным на рис. 73, Б и В. Применение прокатки во всех случаях позволило значительно повысить механические свойства сталей. Так, прирост прочности и пластичности после деформации и старения составил: Ао = 0,34-0,39 ГПа, Ab = 4*7 %.

Варианты режимов термообработки: I - спекание при 1250 °С (4 ч) + диффузионный отжиг при 1250 °C (4 ч) + старение при 480 °С (4 ч); II - спекание при 1250 °С (4ч) + диффузионный отжиг при 1250 °С (4 ч); III - спекание при 1250 °С (4 ч) + старение при 480 °С (4 ч).

Следует отметить, что мартенситно-стареющие стали хорошо деформируются до высоких степеней обжатия без промежуточных разупрочняющих отжигов (пластичность при этом не снижается). При деформации 30 % происходит незначительное изменение прочностных характеристик спеченных мартенситно-стареющих сталей, остаточная пористость составляет 2- 6 %. При деформации 50 % стали становятся практически беспористыми и приобретают структуру безуглеродистого мелкозернистого мартенсита. В процессе прокатки наблюдается некоторое измельчение областей конкретного рассеяния до 27,0-30,0 нм. Спеченные стали после деформации 60-90 % близки по прочности к аналогичным литым, однако уступают им по пластичности.

Авторами проведено исследование влияния легирующих элементов на свойства мартенситно-стареющих сталей в соответствии с матрицей планирования. Композиции смешивали, прессовали заготовки образцов для испытаний, спекали их в вакууме, прокатывали при деформации 50 %, проводили Диффузионный отжиг и старение. Были исследованы три варианта режима термообработки (I, II, III), указанные в табл. 65. Такие режимы позволяют практически исключить пористость, которая существенно снижает механические характеристики стали.

В качестве выходного параметра использовали величину твердости HRB, зависимость которой от состава представлена на рис. 75 в виде линий одинаковой твердости. Двухмерные сечения, построенные для верхнего, нулевого и нижнего уровней факторов пятимерного гиперпространства, позволяют получить наглядное представление как об индивидуальном, так и взаимном влиянии легирующих элементов на выходной параметр. В частности, наиболее сильное влияние на твердость оказывает содержание титана: с изменением его количества от 0 до 3 % твердость возрастает на 20-30 единиц. Так как с увеличением содержания титана количество дисперсных частиц упрочняющей фазы в структуре стали увеличивается, то и эффект упрочнения соответственно возрастает.

Аналогичным по механизму, однако менее сильным упрочнителем является молибден, увеличение содержания которого в интервалах от 3 до 4,5 и от 5,5 до 7 % заметно сказывается на твердости стали, особенно при легировании титаном свыше 1,5 %. Изменение в широких пределах концентрации никеля и кобальта не изменяет качественной картины взаимного влияния титана и молибдена на выходной параметр (рис. 75, г, д, е). В то же время изменение содержания никеля и кобальта от нижнего и верхнего уровня вызывает прирост твердости более чем на 10 единиц HRB.

Содержание тех же элементов оказывает различное влияние на твердость при различных концентрациях титана и молибдена. При низких содержаниях этих элементов кобальт не оказывает значительного влияния на твердость, с возрастанием концентрации титана и молибдена увеличивается влияние кобальта при почти постоянном влиянии никеля (рис. 75, ж, з, и). Аналогичным образом изменяется картина взаимного влияния титана и молибдена при возрастании концентрации никеля и молибдена (рис. 75, а, б, в).

С повышением содержания титана склонность литых мартенситно-стареющих сталей к хрупкому разрушению возрастает, что связано, очевидно, с выделением карбидов и нитридов титана вдоль границ бывшего аустенитного зерна. При содержании свыше 1,5 % Ti в литых сталях наблюдается значительная ликвация. Спеченные мартенситно-стареющие стали содержат меньше примесей и газов по сравнению с литыми и имеют достаточно однородную структуру при содержании до 3 % Ti. Поэтому представляет интерес выяснение влияния титана на конструктивную прочность спеченных сталей.

Результаты оценки механических свойств мартенситно-стареющих сталей непосредственно после спекания (закалки) показали (см. табл. 65), что с повышением содержания титана рост прочности сопровождается снижением показателей пластичности и ударной вязкости. Это согласуется с результатами, полученными при исследовании литых сталей и, по-видимому, обусловлено легированием мартенсита титаном, а также понижением температурного интервала мартенситного превращения, что приводит к большому фазовому наклепу мартенсита и повышению дисперсности его структуры. Однако работа разрушения образца с трещиной KCT с увеличением содержания титана не понижается, а заметно возрастает. Следовательно, введение до 3 % Ti в порошковую мартенситно-стареющую сталь затрудняет распространение трещины разрушения в условиях, близких к плоскому напряженному состоянию. Принимая во внимание корреляцию в изменении о0,2 и KCT, можно полагать, что это связано с увеличением энергетических затрат на пластическое деформирование материала в вершине трещины ввиду повышения предела текучести. В отличие от пластичности и ударной вязкости сопротивление распространению трещины в результате старения изменяется менее существенно. Из сопоставления данных табл. 66 следует, что работа распространения трещины в сталях с содержанием 0,5-1,0 % Ti несколько повышается. Старение стали с 2-3 % Ti сопровождается понижением значений величины KCT относительно уровня спеченного состояния. Однако следует отметить, что увеличение содержания титана от 0,5 до 2 % не снижает, а напротив даже несколько увеличивает значения параметров KCT и К стали, подвергнутой старению. Последнее, очевидно, обусловлено преобладанием влияния роста числа частиц дисперсной фазы, затрудняющих распространение трещины, над снижением пластичности вследствие закрепления дислокаций.

Таким образом, упрочнение порошковой мартенситно-стареющей стали введением 2 % Ti не сопровождается снижением конструкционной прочности, что свидетельствует о возможности получить порошковые стали, не уступающие по своим свойствам литым.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна