Т а б л и ц а 20. Состав и механические свойства (средние) мартенситно-

Сталь

Содержание

И18К9М5Т (ЭП637) Н18К12М5Т2 (ЭП809) Ш6К4М5Т2Ю (ЗИ89) Н17К12М5Т (ЭП845) HI8KI4M5T (ЭИ122) Х12Н8К5МЗТ (ЗИ90) Х12Н2К16М4 (ЭИ124) -08Х15Н5Д2Т** (ЭП410) Х11Н10М2Т (ЭП678)

<:0,03 <:0,03 <:0,03 <:0.01 <:0,03 <:0,03 <:0,03 <0,08 <0,03

17,7-19,0 17,0-18,0 15,0-17,0 17,0-18,0 17,0-19,0 7,0-9,0 1,5-2,5 4,5-5,5 10,5-11,5

8,5-9,5 11,8-13,2

4,0-5,0 11,5-12,5 13,0-15,0

5,0-6,0 15,0-17,0

4,6-5,5 3,3-4,2 4,0-5,0 4,5-5,0 4,5-5,5 2,0-3,0 3,5-4,5

2,0-3,0

Температура аустенитизации 880-1000 °С. ** В стали, содержится 1,5-

количества кобальта и

стали, содержащие значительные молибдена.

На рис. ПО на основании имеющихся данных приведе-

. а обобщенная классификация мартенситно-стареющих сталей по назначению с указанием систем легирования. При легировании железоникелевого мартенсита суще-

ственно изменяются температуры прямого - Мв (y-ci) и

обратного - Лн (а->7) превращения (табл. 21).

Как правило, мартенситно-стареющие стали общего на-

-значения содержат 8-20 % Ni. При добавлении к железу 4-8 % Ni происходит снижение температуры 7->а-превра-

лцения, и после закалки образуется мартенсит замещения. Введение 8-12 % Ni с одновременным легированием Ti,

Al, Мо и другими элементами приводит к развитию старения благодаря уменьшению растворимости легирующих элементов в мартенсите; с повышением содержания никеля

до 12-20 % увеличивается сопротивление хрупкому разрушению благодаря высокой подвижности дислокаций и o6j

легченного поперечного скольжения в железоникелевой матрице.

Легирующие элементы по эффекту упрочняющего влияния располагаются в следующем порядке: Ti, Be, Al, W, Mo, Cu, при этом изменение прочностных свойств при увеличении содержания легирующего элемента, как правило, немо-лотонно (рис. 111). При комплексном легировании аддитивного упрочнения обычно не наблюдается: общая вели-

стареющих сталей

основных элементов, %

2,5% Cu.

чина прироста прочности после старения, как правило, меньше, чем при раздельном легировании.

Положительно влияет комплексное легирование при совместных добавках молибдена и кобальта - в этом случае интенсивность упрочнения при старении существенно возрастает. Такое влияние кобальта связывают с уменьшением растворимости молибдена в а-железе (10 % Со уменьшает растворимость молибдена на 1,5 %), а также с протеканием процесса упорядочения в системе Fe-Со с образованием областей ближнего порядка. Кроме того, кобальт увеличивает теплостойкость матрицы. Поэтому присутствие кобальта в составе мартенситно-стареющих сталей желательно. Однако высокая стоимость кобальта

Таблица 21. Влияние легирующих элементов на температуру начала прямого у-а- и обратного а- превращений всплаве Fe-f22 % Ni

Легирующий эле-мент [1 % (по массе)]

Со Мо Ti Al

Изменение температуры начала превращения, °С

+17 -22 -39 О

18 25 61 55 165

Легирующий элемент [1 % (по массе)]

Изменение температуры начала превращения, °С

-33 -30 -14 -55 -22

+28 -Н4

-17 -22

13-970

11 II

5n 5

Pi 111

z i

° a v5

I 3 I-

СЭ z СЭ +

a: -* is. V/

II 11

г <: cj 1. r. 1

V/ s,

z 5 X b-

S ON tfN oN

g> i & г;-

привела к созданию особой группы мартенситно-стареющих сталей - экономнолегированных, не содержащих кобальта, а также имеющих в составе пониженное количество никеля и молибдена и повышенное содержание углерода.

Как уже говорилось, титан и алюминий относятся к наиболее эффективным упрочнителям мартенситно-стареющих сталей. Растворимость их в а-фазе мала, и в присутствии никеля при нагреве происходит выделение дисперс-

1600 -

1200 -

о 1 2 3 1.5 Легирующий злемент,°/о1ат.)

Рнс. 111. Влияние содержания легирующих элементов на предел текучести

А6,=т-800МП11

10 20 30 л

Элемент/, Т

30 60 0. 1 2 3 *г-

0.2

прн старении сплавов на основе

Fe-18% Ni (М. Д. Перкас, В. К. Кардонскнй)

Рнс. 112. Схема упрочнения мартенситно-стареющих сталей

ных фаз NisTi, NiAl и т. п. Однако титан и алюминий резко понижают пластичность, вязкость и сопротивление хрупкому разрушению, поэтому суммарное количество Ti и А1 обычно не превышает 1 %. Понижение пластичности мартенситно-стареющих сталей при увеличении содержания титана связано с образованием при охлаждении в интервале 1000-800 °С карбонитрида Ti(C, N) по границам аустенитных зерен.

В отличие от Ti и А1 молибден не оказывает столь сильного охрупчивающего воздействия и поэтому он присутствует в составе практически всех мартенситно-стареющих сталей. При содержании свыше 3 % Мо старение приводит к образованию частиц фаз NijMo, (Fe, Ni)2Mo, (Fe, Со)2Мо. Дисперсность, морфология и прочность частиц этих фаз, особенно последней, являются наиболее оптимальными с точки зрения обеспечения благоприятного комплекса механических свойств.

В табл. 22 указаны типичные фазы, выделяющиеся при старении в сталях разных систем легирования.

Таблица 22. Упрочииющие фазы в мартенситно-стареющих стали

(38) (39)

В экономнолегированных мартенситно-стареющих сталях с повышенным содержанием углерода (до 0,1 %) в качестве упрочняющей фазы могут присутствовать карбиды легирующих элементов.

К. Цупакава и Н. Уэхара предложили обобщенные эмпирические зависимости для определения влияния легирующих элементов на механические свойства высокопрочных мартенситно-стареющих сталей типа Н18К8М5Т:

(Тв = 11 + 42,4 % Ni + 158,5% Мо + 37,7 % Со +

+ 322,4 %Т1,

S - 44,12 - 0,46% Ni - 2,42% Мо - 0,60% Со - -5,20%Ti,

где Св - временное сопротивление при растяжении, МПа; б - относительное удлинение, Неподобные зависимости позволяют качественно оценить влияние легирующих элементов на формирование комплекса свойства стали.

Никелевый мартенсит с низким содержанием углерода имеет невысокую твердость и прочность (0в=9ОО- 1000 МПа), но высокую вязкость и пластичность (/Cic 10 МПа-м~Ч г);=75-80%, /CCf/=0,2-0,3 МДж/м2).

Суммарное упрочнение мартенситно-стареющих сталей складывается из упрочнения твердого раствора путем легирования, упрочнения при пластической деформации (если таковая реализуется) и старения (рис. 112).

Для твердых растворов замещения упрочнение определяется концентрацией растворенного элемента, а также различием атомных ра-

диусов растворенного элемента и растворителя (I этап согласно схеме на рис. 112). Прирост прочности в результате мартенситного ya-npt-вращения (II этап) связан для пластинчатого мартенсита со сдвиговой пластической деформацией при бездиффузнонной перестройке решетки. Суммарный прирост предела текучести в случае примерно 30 %-ного легирования составляет Дсто,2*200 МПа и после мартенситного превращения Дао,2 300-600 МПа.

Холодная пластическаи деформация может быть одним из факторов дополнительного повышения прочности мартенситно-стареющих сталей, если речь идет о таких изделиях, как проволока, лента, холоднокатаный лист (III этап). Интенсивность деформационного упрочнения мартенситно-стареющих сталей на Ре-Ni основе невелика, большее дефор. мациониое упрочнение имеют стали на Ре-Сг-Ni основе.

Относительно небольшую склонность мартенситно-стареющих сталей к иаклепу связывают с высокой подвижностью имеющихся и генерированных при деформации дислокаций. Тем не менее, пластической дефор-

то F

то h

2400 2000

0,1 0,2

0,4 0,8 In Oa/dx

Рис. 113. Влияние пластической деформации волочением Е и старения иа свойства мартеи-снтно-стареющей стали

Х12Н8К5М2БЮ (С. М. Битю-ков):

/ - без старения; 2 - старение прн 500 °С, 1 ч

510минП510 50100ч

Рис. 114. Кинетика изменения механических свойств стали Н18К8М5Т после старения при 500 °С (Детерт)

мацией возможно получить прирост пределов текучести временного сопротивления разрыву на 400-800 МПа.

Наиболее заметным является эффект упрочнения благодаря старению легированного мартенсита замещения прн нагреве предварительно закаленного (или закаленного и деформированного) сплава на 400- 650 С вследствие развития процессов распада пересыщенного твердого раствора н образования высокодисперсных равномерно распределенных частиц ннтерметаллидных фаз, когерентно связанных с матрицей. Подчеркнем, что в рассматриваемых сталях распад твердого раствора протекает в матрице, имеющей высокую плотность дислокаций. Это облегчает условия гетерогенного зарождения упрочняющих фаз, способствует распаду пересыщенного твердого раствора.

Применение после закалкн пластической деформации способствует повышению прочностных свойств мартенситно-стареющих сталей после старения, пластические свойства при этом снижаются незначительно. На рис. 113 показано влияние пластической деформации волочением иа изменение механических свойств мартенситно-стареющей стали на РеСг-Ni основе в закаленном и состаренном (500 X, 1 ч) состоянии.

Процесс упрочнения мартенситно-стареющих сталей удовлетворя-