Мартенситной структуре

может быть получен при значительно меньшем содержании углерода и меньших скоростях охлаждения, чем в нелегированных углеродистых сталях (рис. 130). При более высоком содержании хрома (рис. 130, в) устойчивость аустенита настолько высока, что даже при температуре его наименьшей устойчивости (~700°С) для его распада требуется около 300 с. При непрерывном охлаждении, как это имеет место в условиях сварки, скорости охлаждения в области температур 800—650° С даже <~0,2% °С/с приводят к получению полностью мартенситной структуры.

При выборе легированных сталей следует иметь в виду, что наиболее склонными к растрескиванию являются стали мартенситной структуры. Стали аустенитного класса, как было указано ранее, не стабилизированные, а также стабилизированные титаном и ниобием, склонны к растрескиванию в большом количестве сред, в особенности в растворах, содержащих хлориды.

жуточного превращений и, соответственно, области этих превращений (рис. 119, а). Эти диаграммы показывают, что при малых скоростях охлаждения и углеродистой стали протекает только перлитный распад аустепита с образованием феррито-цементитной структуры различной степени дисперсности (перлит, сорбит, троостит). При высоких скоростях охлаждения (выше о„) перлитный распад аусте-нита подавляется и аустенит претерпевает только мартенситное превращение. В легированной стали существует и область промежуточного превращения, в которой аустенит претерпевает распад с образованием бейнита (рис. 119, б). Повышение скорости охлаждения подавляет перлитное превращение и приводит к образованию бейнита. Промежуточное превращение не идет до конца и поэтому после охлаждения наряду с бейнитом всегда будет присутствовать мартенсит и остаточный аустенит. Для получения мартенситной структуры охлаждение должно происходить со скоростью выше критической скорости, когда перлитное и бейнитное превращения становятся невозможными.

В результате лазерной закалки без оплавления возрастает предел выносливости при изгибе (на 70—80 %) и предел контактной выносливости (на 60—70 %) вследствие образования мартенситной структуры высокой степени дисперсности. Ударная вязкость при этом снижается.

тельмо легируют Ti, Al, Nb, Mo и Со. Упрочнение этих сталей достигается в результате получения мартенситной структуры в процессе закалки и старения мартенсита.

на быть 64—65 HRC. Это обеспечивается соответствующей обработ кой стали при получении мартенситной структуры.

При сварке закаливающихся сталей наряду с тепловыми деформациями и напряжениями возникают структурные напряжения в связи с образованием закалочной, мартенситной структуры, так как образование мартенсита сопровождается увеличением объема по сравнению с объемом феррита и перлита. •

Наибольшее практическое значение имеют процессы старения, связанные с распадом перенасыщенных твердых растворов (процессы выделения) и распадом мартенситной структуры (тем более, что чистые металлы применяются очень редко). Эти процессы обусловлены неустойчивой (ме-тастабильной) структурой сплава, получаемой в результате технологической обработки, например, закалки, наклепа и других, и связанной с появлением искажений кристаллической решетки. Такое метастабильное состояние характеризуется повышенным по сравнению со стабильным состоянием уровнем внутренней (свободной) энергии. Отсюда сущность процесса старения - самопроизвольный переход из нестабильного состояния в более стабильное с более низким уров-

За двадцатилетний период эксплуатации аппаратов УКПГ произошло полное разрушение сепаратора С-201 (УКПГ-2 ОНГКМ) с толщиной стенки 60 мм, выполненного из двухслойной стали (биметалла) 09Г2С + Х17Н13М2Т. Взрыв повлек за собой большие человеческие жертвы и убытки. Проведенное расследование позволило предположить, что авария сепаратора была вызвана хрупким развитием горячих трещин площадью 700 мм2 (22 х 32 мм), образовавшихся в стыке кольцевого и продольного швов при изготовлении сосуда. Развитие трещин таких размеров стало возможным из-за наличия в металле продольного сварного шва, начало которого совпало с фронтом распространения трещины, хрупкой мартенситной структуры, сформировавшейся вследствие глубокого (до 15 мм) проплавле-ния несущего слоя биметалла и сильного перемешивания аусте-нитной стали Х17Н13М2Т и неаустенитной 09Г2С. После того как трещина достигла длины 750 мм и глубины 60 мм, превысив размеры критического дефекта для сосуда из стали 09Г2С, произошло разрушение всего верхнего корпуса сепаратора при давлении 9,0-10,0 МПа и температуре около 0°С. В сепараторе находились жидкие и газообразные сероводородсодержащие среды, причем первые из них могли контактировать с кор-розионно нестойкой подложкой через несплошности в сварном шве плакирующего слоя.

Быстрорежущие стали. К ним относятся высоколегированные стали, предназначенные для изготовления инструментов высокой производительности. Основное свойство этих сталей - высокая теплостойкость (красностойкость), т.е. сохранение мартенситной структуры и высокой твердости, прочности, износостойкости при повышенных температурах, возникающих в режущей кромке при резании с большой скоростью.

В процессе шлифования и скоростного точения в поверхностном слое развиваются температуры до 800-850 °С. Такое повышение температуры доэвтектоидных и заэвтектоидных углеродистых сталей с содержанием углерода 0,4-1,1% достаточно для структурно-фазового превращения перлита в аустенит. А последующее резкое охлаждение может приводить к превращению аустенита в мартенсит (вторичная закалка) в тончайших поверхностных слоях с переходом к структуре перлита по мере удаления от поверхности. Вследствие недостаточной скорости охлаждения при шлифовании закаленной и отпущенной стали образуется приповерхностный слой аустенитно-мартенситной структуры из вторично закаленного сплава. Под ним располагаются слои, имеющие структуры всех видов отпуска (мартенсит отпуска, сорбит, троос-тит), вплоть до структуры исходного термически обработанного сплава. Подобные превращения наблюдаются и при точении. Каждой структурной составляющей (фазе) свойствен определенный удельный объем. Так, например, мартенсит-структура, обладающая наибольшим удельным объемом, а аустенит— структура с минимальным удельным объемом. Поэтому при превращении мартенсита наблюдается сжатие, что наряду с пластической деформацией является источником остаточных внутренних напряжений.

Во всех этих случаях растрескивание вызывают атомы водорода, проникающие внутрь металла либо в результате коррозионной реакции, либо при катодной поляризации [52]. Сталь, содержащая водород в междоузлиях кристаллической решетки, не всегда разрушается. Она почти всегда теряет пластичность (водородное охрупчивание), но растрескивание обычно происходит только при одновременном воздействии высокого приложенного извне или остаточного растягивающего напряжения. Разрушения такого типа называют водородным растрескиванием под напряжением (или просто водородным растрескиванием). Трещины в основном транскристаллитные. В мартенситной структуре они могут проходить по бывшим границам зерен аустенита [52].

ная составляющая закаленной стали; представляет собой пересыщенный тв. р-р углерода в а-железе такой же концентрации, как и у исходного аустенита. Мартенситной структуре соответствует наиб, высокая твёрдость стали. С мартенситным превращением связан эффект запоминания формы («эффект памяти») металлов и сплавов.

МАРТЕНСИТ [от имени нем. металловеда А. Мар-тенса (A. Martens; 1850—1914)] — микроструктура игольчатого вида, наблюдаемая в нек-рых закалённых металлич. сплавах и чистых металлах, к-рым свойственны полиморфные превращения. М.— осн. структурная составляющая закалённой стали; представляет собой пересыщенный твёрдый р-р углерода в а-шелезе такой же концентрации, как и у исходного аустенита. Мартенситной структуре соответствует наиболее высокая твёрдость стали.

Первые электронномикроскопические исследования структуры стали, упрочненной методом ТМО [12, 128], позволили обнаружить существенные изменения непосредственно в структуре образующегося в процессе закалки деформированной стали мартенсита: мартенситные пластины в упрочненной стали искривлены и изломаны большим числом плоскостей скольжения, что приводит « дополнительному измельчению кристаллов. В мартенситной структуре наблюдаются скопления мелких сферических карбидов между относительно большими и иглоподоб-ными карбидами. Преимущественное выделение карбидов происходит по плоскостям скольжения [128].

Степень упрочнения поверхностных слоев зависит от структуры стали. Упрочнение поверхностных слоев стали 45 с мартенситной структурой составляет 25 %;, а со структурой феррит+перлит 10%. Следовательно, наибольшее упрочнение для стали 45 наблюдается при мартенситной структуре.

В процессе механической обработки в холодном состоянии происходит дробление и вытягивание зерен, образуются так назы--7" ваемые «фрагменты», увеличивается общая поверхность границ, уменьшаются блоки внутри фрагментов, что аналогично образованию границ между пластинками и внутри зерна при мартенситной структуре. Под действием деформации распадаются и твердые растворы в сложных сплавах. Продукты этого распада также приводят к упрочнению. Сильное воспрепятствование скольжений всевозможными дефектами приводит к уменьшению пластичности поликристаллического тела. Наряду с этим происходит постепенное накопление таких дефектов, которые приводят к разрушению.

2r,10n~J!°L^flf.,^ турами [11]. У стали со средним содержанием углерода упрочнение выше, чем у низкоуглеродистой. Напряжения сжатия, создаваемые обкаткой, также выше при мартенситной структуре, причем для стали 45ХНМФА они больше, чем

для стали 18Х2Н4ВА. Для обеих сталей наблюдается прямая зависимость прироста предела выносливости от величины максимальных напряжений сжатия. Однако при одинаковых значениях остаточных напряжений прирост предела выносливости стали 45ХНМФА при сорбитной структуре выше, чем при мартенситной, а для стали 18Х2Н4ВА — наоборот. Из этого следует, что влияние структуры (она определяет статическую прочность) на усталостную прочность стали 45ХНМФА более значительно, чем влияние остаточных.напряжений. Что касается прироста твердости поверхностного слоя, то он составляет 16—18% при мартенситной структуре и 10—12%. при сорбитной. Прямой зависимости между приростом твердости и пределом выносливости не обнаружено.

Приведенная на рис. 53. схема иллюстрирует области существования сталей различных классов. Из схемы видно, что мартенситные стали приобретают свойственный мартенситной структуре высокий предел текучести непосредственно при охлаждении после закалки. Стали переходного класса -после закалки имеют в основном аустенитную структуру, низкую прочность, так как их мартенситная точка лежит при температуре около или ниже комнатной. Для получения необходимых количеств

Были проведены исследования по влиянию содержания на механические свойства. Добавка Мп в количестве 1 % незначительно изменяет механические свойства стали. Увеличение же содержания Мп от 1 до 2% резко увеличивает предел прочности, не оказывая влияния на пластичность материала. При дальнейшем увеличении содержания Мп до 2,25% и выше прочность продолжает расти, но при этом ухудшается пластичность и ударная прочность. Важным преимуществом при использовании Мп как легирующего элемента является то, что он более эффективно, чем Ni задерживает переход к мартенситной структуре. Марганцовистая сталь не закаливается и поэтому обладает очень хорошей свариваемостью.

Заэвтектоидные стали нагревают выше Лс, на 50-=-70° С. При таком нагреве образуется аустенит, но сохраняется некоторое количество нерастворенных карбидов. Поэтому после закалки в основной мартенситной структуре присутствуют частицы не растворившегося при нагреве цементита. Эта структура обеспечивает более высокую твердость и износостойкость по сравнению с получаемой при закалке с нагревом выше Аст, т. е. из области однородного аустенита. В результате такого более высокого нагрева сталь получает структуру крупноигольчатого мартенсита, но с повышенным количеством остаточного аустенита. Цементит имеет более высокую твердость, чем мартенсит, присутствие аустенита так;:;з снижает твердость. Нагрев выше Аст, кроме того, ухудшает прочность из-за укрупнения зерна и увеличивает деформацию изделия при закалке.