Мартенситно-стареющие стали

Мартенситно-стареющие стали (МСС) представляют собой класс особовысокопрочных (σ_в > 1800…2200 МПа) конструкционных материалов. По прочности, вязкости и технологичности МСС превосходят другие высокопрочные материалы. МСС содержат 8…20% Ni и несколько легирующих элементов из ряда Ti, Mo, Al, Be, W, V, Mn, Si, обладающих ограниченной растворимостью в α-Fe. Примеры марок МСС: Н18К9М5Т, Н18К12М4Т2, Н17К10В10М2Т. Эти стали практически не содержат углерода (С < 0,03%) и упрочнение в них достигается за два этапа: получение мартенситной структуры при закалке с 820…940ºС и последующее старение мартенсита при 480…520ºС в течение 2…3 ч. Никель при старении стали оказывает большое влияние на эффективность упрочнения, уменьшается растворимость легирующих элементов (Ti, Al, Mo, V и др.) в α-фазе, что приводит к увеличению объемной доли выделяющихся при старении соответствующих интерметаллидных фаз (Ni₃Тi, NiAl, Fe₂Mo, Ni₃V и др.). Кобальт, как легирующий элемент, не вызывает старения мартенсита Fe-Ni-стали. Легирование кобальтом некоторых МСС приводит к дополнительному упрочнению при нагреве. Мартенсит МСС в отличие от мартенсита углеродистых сталей обладает относительно малой прочностью, не весьма высокими пластичностью и вязкостью. Благодаря низкому коэффициенту деформационного упрочнения мартенсита этого класса сталей можно производить холодное деформирование с большими степенями обжатия (до 80…90%) без применения промежуточных разупрочняющих отжигов. Старение мартенсита приводит к существенному повышению прочности и снижению пластичности и вязкости. Наибольшее упрочнение при старении достигается при легировании Ti, Be, Al. При введении в состав МСС с относительно низкими пластичностью и вязкостью (стали с Ti, Al, Si и др.) 1,5…2,0% Мо их прочность практически не изменяется, но существенно увеличивается пластичность и вязкость (Мо как поверхностно-активный элемент затрудняет выделения вдоль границ зерен). Важными достоинствами МСС являются: незначительное изменение размеров после упрочняющей обработки (Δ l/l = – 0,04…0,07%); в больших сечениях и даже при охлаждении на воздухе происходит полное превращение аустенита в мартенсит; хорошая свариваемость, штампуемость и обработка резанием. К важным преимуществам изделий из МСС относится то, что упрочнение достигается в результате несложной термической обработки. Однако МСС, содержащие более 0,4…0,6% Ti, склонны к тепловому охрупчиванию при медленном охлаждении начиная с 1210…1100ºС или при ступенчатом охлаждении 900…700ºС (связано с выделением карбонитридов титана). Для предотвращения этого явления применяют режим термической обработки, заключающийся в нагреве при 1150…1200ºС, при котором карбонитриды титана растворяются в аустените, с последующим быстрым охлаждением в воде, что позволяет предотвратить их повторное выделение. Но после такой обработки резко увеличивается размер зерна аустенита. Для измельчения зерна необходима трехкратная закалка с 900…925ºС.

МСС целесообразно использовать, прежде всего, для изготовления изделий, которые должны обладать высокой удельной прочностью в сочетании с высокой эксплуатационной надежностью. Например, в аэрокосмической и ракетной технике, для зубчатых передач двигателей самолетов и вертолетов, в машиностроении – матрицы, штампы, пресс-формы, рабочие оси и оправки для металлорежущих станков, чувствительные упругие элементы приборов.

Дата добавления: 2015-07-08