Мартенситно стареющих

В последнее время разработаны стали интерметаллидного упрочнения (так называемые мартенситно-стареющие стали — американское название Марэджинг), в которых при закалке получается практически безуглеродистый мартенсит, а затем при отпуске (примерно при 500°С) происходит выделение интерметаллидных фаз. При этом ав—180 кгс/см2, оо,2= = 150 кгс/мм2, 6 = 12%, оз = 40%, а„ = 6-МО кгс-м/см2.

Обычно эти мартенситно-стареющие стали содержат 18% Ni и дополнительно легированы титаном и алюминием и часто кобальтом и молибденом. Имеются варианты состава с меньшим (до 8—10%) и большим (до 25%) содержанием никеля.

Определенной спецификой отличаются превращения в зоне неполной перекристаллизации в мартенситно-стареющих сталях. Современные мартенситно-стареющие стали имеют следующие системы легирования: Н18К9, Х15Н5 и Х12Н10.Стали содержат углерод (0,03...0,08%), а также Ti, Al, Mo, Mb, Си и другие элементы. Последние обусловливают упрочнение в процессе старения. Стали применяются в состоянии закалки и старения с исходной структурой низкоуглеродистого мартенсита, упрочненного высокодисперсными интерметаллидными фазами типа NiaTj Fe2Mo и др. В зоне неполной перекристаллизации происходит так называемое обратное (а->- v) -превращение, при котором часть мартенсита без распада на ферритно-перлитную смесь превращается в аустенит. Превращение имеет сдвиговый характер, подобно мартенситному превращению, почему оно и было названо обратным. Обратное превращение сопровождается коагуляцией интерметаллидов и частичным их растворением в аусте-

Мартенситно-стареющие опали

Мартенситно-стареющие стали - это высокопрочные стали с незначительным содержанием углерода. Упрочнение их достигается использованием элементов, заменяющих углерод: никеля, кобальта и молибдена. Эти элементы обусловливают дисперсионное твердение мартенситной железо-никелевой матрицы при старении, отсюда и название сталей. Такие стали можно применять в станкостроении, самолетостроении, космической технике. Они идут на изготовление корпусов ракетных двигателей, деталей шасси самолетов, штампованных узлов и крепежных деталей [27].

Мартенситно-стареющие: 18 Ni (200) ....... 18 Ni (300) . . .

Универсальность применения нового способа упрочнения обеспечивается интенсивно разрабатываемыми мартенситно стареющими сталями, получившими за рубежом название марейджинг. Их упрочнение до значений порядка 200 кГ/мм2 и выше достигается путем старения при относительно невысокой температуре стали, находящейся в высокопластичном состоянии. Такая обработка высокотехнологична: отпадают коробление и остаточные напряжения, свойственные объемной закалке; становится возможным получить сложнейшие оболочечные конструкции с большими перепадами жестко-стей, практически не ограниченные размером, поскольку отпадает необходимость в высокотемпературных печах и закалочных баках. Одним словом, мартенситно стареющие стали делают подлинную революцию в технологии, резко снижая ее трудоемкость.

9. МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩИЕ ВЫСОКОПРОЧНЫЕ СТАЛИ

Высокая конструктивная прочность изделия достигается только тогда, когда оно изготовлено из материала, обладающего большой прочностью и высоким сопротивлением хрупкому разрушению. Этим требованиям в значительной степени отвечают безуглеродистые «;0,03 % С) мартенситно-стареющие стали (углерод и азот — вредные примеси, снижающие пластичность и вязкость стали), упрочняемые закалкой и последующим старением.

Мартенситно-стареющие стали представляют собой сплавы железа с никелем (8—20 %), а часто и с кобальтом. Для протекания процесса старения в мартенсите сплавы дополнительно легируют Ti, Al, Mo и др. Высокая прочность мартенситно-старею-щих сталей обязана образованию твердого раствора железа и легирующих элементов (Ni, Co, Mo, A1 и др.), мартенситному превращению, сопровождающемуся фазовым наклепом и главным образом старению мартенсита, когда происходит образование сегрегации, метастабильных и стабильных фаз типа Fe3Mo, Ni3Mo, NigTi, NiAl (Fe, Co)2Mo и др. Высокое сопротивление хрупкому

Сталь закаливают на воздухе от 820—850 °С. Нагрев до более высоких температур ведет к росту зерна и снижению пластичности. После закалки сталь состоит из безуглеродистого массивного (реечного) мартенсита, имеющего наряду с низкой прочностью хорошие пластичность и вязкость: ав = 1100-=-1200 МПа; со,2 = 950ч-1100 iMIla; б = 184-20 %; i) = 70-4-80 % и KCU = = 2,0—2,5 МДж/м2. Таким образом, характерной особенностью безуглеродистого мартенсита являются высокие пластичность и вязкость. В закаленном состоянии мартенситно-стареющие стали сравнительно легко обрабатываются давлением, резанием и хорошо свариваются. Стали обладают хорошей прокаливаемостью, и при закалке деформации изделий незначительны.

Состав некоторых мартенситно-стареющих сталей приведен в табл. 36. 394

Таблица 36 Состав и механические свойства мартенситно-стареющих сталей

При нагреве после завершения аустенитизации в металле ОШЗ внутри зерен развивается процесс гомогенизации по углероду и другим элементам. Перераспределение элементов происходит в соответствии со значениями градиента химического потенциала в разных участках зерен. При этом вначале возможно временное усиление МХН. Углерод перераспределяется из зон, обогащенных некарбидообразующими элементами, в зоны, обогащенные карби-дообразующими, поскольку первые повышают, а вторые понижают термодинамическую активность углерода. При повышении содержания углерода его активность увеличивается, в результате направление перераспределения углерода изменяется, чему также способствует произошедшее к этому моменту перераспределение других элементов. При нагреве до температур свыше 1370... 1470 К развивается процесс гомогенизации в направлении равномерного распределения элементов по телу зерен. Гомогенизация продолжается также на ветви охлаждения до температур сохранения диффузионной подвижности элементов или температур начала фазовых выделений, например, карбидов в высоколегированных мартенситно-стареющих сталях.

Определенной спецификой отличаются превращения в зоне неполной перекристаллизации в мартенситно-стареющих сталях. Современные мартенситно-стареющие стали имеют следующие системы легирования: Н18К9, Х15Н5 и Х12Н10.Стали содержат углерод (0,03...0,08%), а также Ti, Al, Mo, Mb, Си и другие элементы. Последние обусловливают упрочнение в процессе старения. Стали применяются в состоянии закалки и старения с исходной структурой низкоуглеродистого мартенсита, упрочненного высокодисперсными интерметаллидными фазами типа NiaTj Fe2Mo и др. В зоне неполной перекристаллизации происходит так называемое обратное (а->- v) -превращение, при котором часть мартенсита без распада на ферритно-перлитную смесь превращается в аустенит. Превращение имеет сдвиговый характер, подобно мартенситному превращению, почему оно и было названо обратным. Обратное превращение сопровождается коагуляцией интерметаллидов и частичным их растворением в аусте-

При охлаждении в области высоких температур в шве и в ЗТВ, находящихся в аустенитном состоянии, продолжают развиваться ряд процессов, начавшихся на этапе нагрева: гомогенизация, рост зерна и др. Некоторые процессы изменяют свое направление. Так, по мере охлаждения усиливается сегрегация примесей на границах зерен, а у мартенситно-стареющих сталей при условии медленного охлаждения возможно выпадение карбо-нитридов и карбидов хрома при температурах ниже 1320... 1220 К. Основной процесс в сталях при охлаждении, окончательно определяющий микроструктуру и свойства металла сварных соединений, — превращение аустенита.

Экспериментальные исследования проводили на сварных соединениях из алюминиевых сплавов и мартенситно-стареющих сталей. В качестве мягких прослоек выступали сварные швы, выполненные присадочной проволокой с более низкими, чем у основного металла прочностными характеристиками. В качестве основного металла и метала шва использована мартенситностареющая сталь ЭП-678 иЭП-659Ви, а также сплав АМгб. Величину радиусов в вершине непровэров задавали по состоянию торцевых поверхностей, плотно прилегающих при сварке друг к другу. Согласно ГОСТ 2789-75 состояние поверхности оценивается классом шероховатости — параметром R, (где R, — высота неровностей профиля стыкуемой поверхности по десяти точкам). При стыковке поверхностей выступы могут накладываться на выступы и т. д. Поэтому параметр вершины непровара 5 = 2р с достаточной точностью можно принять равным 2RZ . Данное положение было проверено экспериментально с использованием универсальных инструментальных микроскопов и методом голографической интерферометрии с применением оптических квантовых генераторов. В результате замеров было получено, что в той партии

Экспериментальные исследования проводили на сварных соединениях из алюминиевых сплавов и мартенситно-стареющих сталей. В качестве мягких прослоек выступали сварные швы, выполненные присадочной проволокой с более низкими, чем у основного металла прочностными характеристиками. В качестве основного металла и метала шва использована мартенситностареющая сталь ЭП-678 иЭП-659Ви, а также сплав АМгб. Величину радиусов в вершине непроваров задавали по состоянию торцевых поверхностей, плотно прилегающих при сварке друг к другу. Согласно ГОСТ 2789-75 состояние поверхности оценивается классом шероховатости — параметром Rz (где Rz — высота неровностей профиля стыкуемой поверхности по десяти точкам). При стыковке поверхностей выступы могут накладываться на выступы и т. д. Поэтому параметр вершины непровара 5 = 2р с достаточной точностью можно принять равным 2RZ. Данное положение было проверено экспериментально с использованием универсальных инструментальных микроскопов и методом голографической интерферометрии с применением оптических квантовых генераторов. В результате замеров было получено, что в той партии

Исследовано влияние повторной перегрузки до области малых упругопластических деформаций как у высококачественных сталей с сорбитной структурой, так и у мартенситно стареющих [1], как у латуни (2], так и у сплавов алюминия. Отмечается неблагоприятное воздействие повторной перегрузки на высококачественные стали при усталостном нагружении .с переменной по времени амплитудой [3] и при случайном нагружении [4].

жается при увеличении прочности как экспериментальных, так и промышленных сталей. При прочности на уровне мартенситно-стареющих сталей серии 200 сплав системы Fe—12Ni—0,5А1, упрочненный медью, имеет вязкость разрушения в два раза выше. Более того, при вязкости разрушения на уровне нержавеющей стали AISI 304 новый сплав имеет прочность в два раза выше.

Влияние титана неоднозначно и зависит, по-видимому, от конкретной микроструктуры сплава. В мартенситно-стареющих сталях титан входит в состав интерметаллида NisTi. В этих сталях, поведение которых при закалке отличается от поведения большинства других сталей, рассматриваемых в данном разделе, титан усиливает водородное охрупчивание [27, 28], даже если принять во внимание вероятное изменение предела текучести с повышением его содержания. В то же время в прочих ферритных и мартенсит-ных сталях при широких изменениях концентрации титана, уровня прочности и микроструктуры наблюдалось, как правило, существенное повышение стойкости в средах, содержащих как Н2, так и HgS [10, 19, 20, 28, 29]. Положительное влияние титана при этом объясняли его способностью ограничивать количество остаточного аустенита, что снижает и опасность последующего образования мартенсита [28, 30]. Однако, как показывают недавние результаты, главная роль титана, если он присутствует в виде примеси замещения или в форме мелкодисперсного равномерно распределенного карбида, заключается в том, что он действует как преимуществен-

В лаборатории «International Nickel Company» было исследовано коррозионное поведение мартенситно-стареющих сталей 18№ (180) и 18Ni (200) в морской воде [151]. Скорости общей коррозии были примерно вдвое ниже, чем для сталей 4340 и HY-80. Значения параметра Кисе в морской воде для сталей 18№ (180) и 18№ (200) были равны 4480 и 3240 МПа мм1'2 соответственно.