CC BY
109
ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩЕЙ СТАЛИ ПОСЛЕ УПРОЧНЯЮЩЕЙ ТЕРМООБРАБОТКИ Грачёва Анна Владимировна, магистрант, Костромин Сергей Викторович, к.т.н., доцент, Салова Наталья Васильевна, ст. преподаватель, Шестакова Мария Александровна, магистрант, Толстых Илья Андреевич, магистрант, кафедра «Материаловедение, технологии материалов и термическая обработка металлов»
Нижегородский государственный технический университет
им. Р.Е. Алексеева
В работе рассматривается структура мартенситно-стареющей стали 08Х16Н6Д2МБТ после упрочняющей термообработки для получения необходимых механических свойств деталей авиационной промышленности.
Мартенситно-стареющие стали — это безуглеродистые комплексно легированные сплавы на железной основе, у которых определенное сочетание легирующих элементов обеспечивает формирование в процессе соответствующей термической обработки пластичной матричной фазы — мартенсита замещения, армированной дисперсными высокопрочными, равномерно распределенными частицами интерметаллидных фаз [1].
Основу мартенситно-стареющих сталей составляет безуглеродистый железоникелевый мартенсит (8 - 20 % М). Высокая концентрация никеля обеспечивает устойчивость переохлажденного аустенита сталей этого класса, способствует формированию в них при закалке мартенситной структуры, в том числе и при условии замедленного охлаждения. Никель повышает растворимость многих элементов замещения в аустените и уменьшает их растворимость в мартенсите, благодаря чему закалкой можно зафиксировать сильно пересыщенный а-твердый раствор (мартенсит замещения), способный к интенсивному дисперсионному твердению при старении.
Дисперсионное твердение железоникелевого мартенсита вызывают легирующие элементы, имеющие ограниченную растворимость в а-¥в, причем наибольшее упрочнение при старении (в условиях равной атомной концентрации) обеспечивают те из них (титан, алюминий, бериллий), равновесная концентрация которых в мартенсите минимальна [3].
Мартенситно-стареющие стали находят широкое применение в качестве конструкционного материала для изготовления деталей, работающих при высоких и криогенных температурах. Повышенная прочность в сочетании с высокой пластичностью этих сталей позволяет использовать их для дета-
лей, работающих в условиях циклического температурно-силового воздействия [2].
Типичные области применения мартенситно-стареющих сталей: оболочки летательных аппаратов, корпуса двигателей, сосуды высокого давления, изделия криогенного назначения и др. [3]. Стали этого класса обладают высокой прочностью при достаточной пластичности и вязкости, высоким сопротивлением малым пластическим деформациям, хрупкому и усталостному разрушению, что в сочетании с хладостойкостью, теплостойкостью и коррозионной стойкостью определяет эксплуатационную надежность изделий из мартенситно-стареющих сталей.
Объектом исследования является мартенситно-стареющая сталь 08Х16Н6Д2МБТ. Химический состав стали представлен в табл. 1.
Таблица 1 - Химический состав стали 08Х16Н6Д2МБТ
Содержание химических элементов, %
С Сг N1 Си N5 Мо Т1 Р Б Си
не более
0,350,42 15,0-17,0 5,5-7,5 <0,30 0,91,3 0,150,25 0,500,9 0,035 0,02 0,3 0,8
Объёмная термообработка исследуемой стали осуществлялась в лабораторных нагревательных печах типа СНОЛ.
Режим термической обработки стали 08Х16Н6Д2МБТ:
• Отжиг при 6600С в течение 1 часа, охлаждение с печью.
• Закалка от 10000С, охлаждение в масле.
• Старение при 5150 С в течение 20 минут, охлаждение на воздухе.
Измерение твердости проводится по методу Роквелла по шкале С согласно ГОСТ 9013-59. Результаты эксперимента и их статистическая обработка приведены в табл. 2.
Таблица 2 - Твердость стали 08Х16Н6Д2МБТ после объемной термической обработки
Термообработка Значение твердости, ИЯС X ИЯС V 2 Я X Ях Кв, % Хтах, тт
1 2 3 4 5
Отжиг 33 33 32 36 33 33,4 2,3 1,51 4,5 37,93 28,87 1,8 5,30
Закалка 35 36 34 37 36 35,6 1,3 1,14 3,2 39,02 32,18 1,41 3,96
Старение 42 43 41 43 45 42,8 5,2 2,28 5,3 49,64 35,96 2,83 6,61
Микроструктура стали 08Х16Н6Д2МБТ после отжига представлена на рис. 1. Структура состоит из мартенсита, остаточного аустенита и цепочек разрозненных карбидов. Твёрдость составляет НЯС 32-36.
Рисунок 1 - Структура стали 08Х16Н6Д2МБТ после отжига, х1000
В закалённом состоянии сталь обладает высокой пластичностью и вязкостью, малым коэффициентом деформационного упрочнения, что позволяет деформировать её с высокими степенями обжатия (до 90 %), не прибегая к промежуточному отжигу. После закалки сталь имеет структуру мартенсита замещения с меньшим количеством карбидов по сравнению с отжигом (рис. 2). Твёрдость составляет НЯС 34-37.
Рисунок 2 - Структура стали 08Х16Н6Д2МБТ после закалки, х1000
Старение стали 08Х16Н6Д2МБТ приводит к повышению их прочности, но одновременно снижает вязкость и пластичность. Наибольшее упрочнение достигается при старении в интервале температур 480—520 °С. После закалки и старения твёрдость стали составляет ИЯС 41-45. Микроструктура состоит из мартенсита с равномерно распределёнными отдельными карбидами и интерметаллидной фазы (рис. 3).
При более высокой температуре старения развиваются процессы, ведущие к разупрочнению: коагуляция частиц упрочняющих фаз и образование устойчивого аустенита вследствие обратного а—у-превращения.
Рисунок 3 - Структура стали 08Х16Н6Д2МБТ после старения, х1000
В результате исследований установлено, что сталь 08Х16Н6Д2МБТ характеризуются высокой технологичностью и воспроизводимостью результатов упрочняющей термообработки. Она имеет глубокую прокаливае-мость и закаливаются на мартенсит практически при любой скорости охлаждения. Изменения размеров при термической обработке минимальны, поэтому практически исключены поводки и коробления изделий самой сложной формы. Отсутствует опасность обезуглероживания при термической обработке в обычной среде.
После полного цикла объёмной упрочняющей термообработки твёрдость стали 08Х16Н6Д2МБТ достигает ИЯС41-45, что позволяет использовать её для ряда изделий авиационной техники.
Список литературы
1. Максимова, О.П. Мартенситные превращения: история и закономерности / О.П. Максимова // МиТОМ.- 1999.- № 8.- С.4-22.
2. Кальянов, В. Н. Мартенситно-стареющие стали для наплавки штампов / В.Н. Кальянов, В.А. Багров // Сварочное производство. - 2003. - № 2. - С.35-37.
3. Перкас, М.Д. Структура, свойства и области применения высокопрочных мартен-ситностареющих сталей / М.Д. Перкас // МиТОМ.- 1985.- № 5.- С.23-33.
