К высокопрочным относятся стали, предел прочности которых достигает 1800-2000 и более МПа, но обязательно в сочетании с определённым запасом вязкости (аК не должна быть менее 0,2 МДж/м2).
Указанным сочетанием свойств обладают: 1)среднеуглеродистые стали после их термомеханической обработки, либо комплексно-легированные стали после низкого отпуска, 2) мартенситно-стареющие стали, 3) метастабильные аустенитные стали, получившие название ПНП и ПНД сталей.
Из числа среднеуглеродистых комплексно-легированных сталей, свойства которых повышаются только термообработкой (закалка с 900C + отп. 250C) можно отметить стали марок 30ХГСНА, 40ХГСН3ВА. Их свойства характеризуются для первой (sв=1850 МПа, KCU=0,55 МДж/м2, для второй (sв=2000 МПа, KCU=0,45 МДж/м2.
При упрочнении термомеханической обработкой (сочетанием термообработки с деформацией) достигаются еще более высокие показатели
свойств. Так, в стали 40ХНПА можно достичь величин sв= 2200-2400 МПа. Высокие механические свойства достигаются за счёт измельчения кристаллов мартенсита и высокой плотности дислокаций.
В мартенситно-стареющих сталях высокие механические свойства достигаются в результате старения мартенсита, т.е. выделения в кристаллах мартенсита мелкодисперсных интерметаллических соединений.
Мартенситно-стареющими являются низкоуглеродистые (с содержанием углерода не выше 0,03%) сплавы железа с никелем и др. компонентами (кобальтом, титаном, вольфрамом, молибденом). Следует особо подчеркнуть, что после закалки такие стали ещё не являются высокопрочными, потому что прочность образующегося в них практически безуглеродистого мартенсита низка. И только после старения (при 480-520C) в сталях указанного класса достигается прочность 2000-2500Мпа при ударной вязкости KCU=0,5 МДж/м2.
Отмеченная особенность упрочнения этих сталей позволяет деформировать стали с большими степенями обжатия (изготавливать штамповкой, напр., изделия нужной формы), либо проводить другие типы деформации. Напр., целесообразно нарезать рифли на мельничные валки непосредственно после закалки стали, не допуская самоотпуска и старения стали за счёт аккумулированного в валках тепла. Упрочнение же валков проводить затем путём старения при 480-500C. К числу мартенситно- стареющих сталей относятся ОЗН18К9М5Т. После закалки её прочность составляет 1000-1100 МПа , (d =18-20% и KCU=2,0 МДж/м2. А после старения (sв=1900-2000 МПа, относительное удлинение 8-12 %, а KCU=0,6 МДж/м2. Ещё более высоким комплексом свойств обладает сталь ОЗН12К15М10, её прочность достигает 2500 МПа при KCU=0,5 МДж/м2 .
Следует отметить, что мартенситно-стареющие стали сохраняют высокие эксплуатационные свойства в широком интервале температур (от - 196C до 500-700C).
Метастабильные аустенитные ПНП и ПНД стали получили своё название в результате сокращения следующих словосочетаний; ПНП – пластичность, наведённая фазовым превращением (иногда их называют трипп-сталями по аббревиатуре английской транскрипции – transformation Induced Plasticity), а ПНД означает пластичность, наведённую двойникованием, т.е. сдвиговой деформацией кристаллической решётки.
К ПНП – сталями относятся стали марок 25Н24М4Г и 30Н12Х9Г2. Легирующие элементы в них выбирают таким образом, чтобы мартенситная точка была ниже комнатной температуры. Это позволяет закалить их на аустенит, а затем в результате последующей пластической деформации при повышенной температуре (350C-500C) добиться одновременного сочетания деформационного старения аустенита (выделения в нём карбидов) и протекания мартенситного превращения. Сочетание двух указанных механизмов приводит к сочетанию высокой прочности (sв до 2300-2600 МПа) при очень высокой для данного уровня прочности величине пластичности (d = 25-35 %).
В ПНД – сталях, к числу которых относятся 60Г14Ф2, 50Г20Х4, 40Х4Г18Ф, сочетание высокой прочности с высокой пластичностью достигается аналогичным способом с ПНП – сталями, но механизмом упрочнения в них является не мартенситное упрочнение в сочетании с деформационным старением аустенита, а двойникование. Стали эти легированы более дешёвыми легирующими элементами, чем ПНП (марганцем и хромом). В ПНД – сталях значение sв достигают 1550-1600 МПа, при пластичности d = 17-22 %.
Высокопрочные стали, рассмотренные выше, относятся к числу сравнительно новых материалов и поэтому области их использования пока ещё не так широки, как они того заслуживают.
Мартенситно-стареющие стали уже широко используются для изготовления высокопрочных штампов и др. инструментов. В пищевой промышленности их целесообразно использовать в качестве матриц при производстве макаронных изделий, различных пружин, работающих в узлах при повышенных температурах, для различных дозирующих устройств, для изготовления штифтов мельниц, ножей делительного оборудования в сахарной и мясоперерабатывающей промышленности.
ПНП и ПНД стали целесообразно использовать для узлов оборудования, работающего при высоких циклических нагрузках, например, для изготовления сёдел клапанов в дозаторах, используемых при розливе шампанского, в транспортирующих устройствах хлебопекарной промышленности (дёжеопрокидыватели, тестоделители и др.) для различных крепежных деталей.
Указанным сочетанием свойств обладают: 1)среднеуглеродистые стали после их термомеханической обработки, либо комплексно-легированные стали после низкого отпуска, 2) мартенситно-стареющие стали, 3) метастабильные аустенитные стали, получившие название ПНП и ПНД сталей.
Из числа среднеуглеродистых комплексно-легированных сталей, свойства которых повышаются только термообработкой (закалка с 900C + отп. 250C) можно отметить стали марок 30ХГСНА, 40ХГСН3ВА. Их свойства характеризуются для первой (sв=1850 МПа, KCU=0,55 МДж/м2, для второй (sв=2000 МПа, KCU=0,45 МДж/м2.
При упрочнении термомеханической обработкой (сочетанием термообработки с деформацией) достигаются еще более высокие показатели
свойств. Так, в стали 40ХНПА можно достичь величин sв= 2200-2400 МПа. Высокие механические свойства достигаются за счёт измельчения кристаллов мартенсита и высокой плотности дислокаций.
В мартенситно-стареющих сталях высокие механические свойства достигаются в результате старения мартенсита, т.е. выделения в кристаллах мартенсита мелкодисперсных интерметаллических соединений.
Мартенситно-стареющими являются низкоуглеродистые (с содержанием углерода не выше 0,03%) сплавы железа с никелем и др. компонентами (кобальтом, титаном, вольфрамом, молибденом). Следует особо подчеркнуть, что после закалки такие стали ещё не являются высокопрочными, потому что прочность образующегося в них практически безуглеродистого мартенсита низка. И только после старения (при 480-520C) в сталях указанного класса достигается прочность 2000-2500Мпа при ударной вязкости KCU=0,5 МДж/м2.
Отмеченная особенность упрочнения этих сталей позволяет деформировать стали с большими степенями обжатия (изготавливать штамповкой, напр., изделия нужной формы), либо проводить другие типы деформации. Напр., целесообразно нарезать рифли на мельничные валки непосредственно после закалки стали, не допуская самоотпуска и старения стали за счёт аккумулированного в валках тепла. Упрочнение же валков проводить затем путём старения при 480-500C. К числу мартенситно- стареющих сталей относятся ОЗН18К9М5Т. После закалки её прочность составляет 1000-1100 МПа , (d =18-20% и KCU=2,0 МДж/м2. А после старения (sв=1900-2000 МПа, относительное удлинение 8-12 %, а KCU=0,6 МДж/м2. Ещё более высоким комплексом свойств обладает сталь ОЗН12К15М10, её прочность достигает 2500 МПа при KCU=0,5 МДж/м2 .
Следует отметить, что мартенситно-стареющие стали сохраняют высокие эксплуатационные свойства в широком интервале температур (от - 196C до 500-700C).
Метастабильные аустенитные ПНП и ПНД стали получили своё название в результате сокращения следующих словосочетаний; ПНП – пластичность, наведённая фазовым превращением (иногда их называют трипп-сталями по аббревиатуре английской транскрипции – transformation Induced Plasticity), а ПНД означает пластичность, наведённую двойникованием, т.е. сдвиговой деформацией кристаллической решётки.
К ПНП – сталями относятся стали марок 25Н24М4Г и 30Н12Х9Г2. Легирующие элементы в них выбирают таким образом, чтобы мартенситная точка была ниже комнатной температуры. Это позволяет закалить их на аустенит, а затем в результате последующей пластической деформации при повышенной температуре (350C-500C) добиться одновременного сочетания деформационного старения аустенита (выделения в нём карбидов) и протекания мартенситного превращения. Сочетание двух указанных механизмов приводит к сочетанию высокой прочности (sв до 2300-2600 МПа) при очень высокой для данного уровня прочности величине пластичности (d = 25-35 %).
В ПНД – сталях, к числу которых относятся 60Г14Ф2, 50Г20Х4, 40Х4Г18Ф, сочетание высокой прочности с высокой пластичностью достигается аналогичным способом с ПНП – сталями, но механизмом упрочнения в них является не мартенситное упрочнение в сочетании с деформационным старением аустенита, а двойникование. Стали эти легированы более дешёвыми легирующими элементами, чем ПНП (марганцем и хромом). В ПНД – сталях значение sв достигают 1550-1600 МПа, при пластичности d = 17-22 %.
Высокопрочные стали, рассмотренные выше, относятся к числу сравнительно новых материалов и поэтому области их использования пока ещё не так широки, как они того заслуживают.
Мартенситно-стареющие стали уже широко используются для изготовления высокопрочных штампов и др. инструментов. В пищевой промышленности их целесообразно использовать в качестве матриц при производстве макаронных изделий, различных пружин, работающих в узлах при повышенных температурах, для различных дозирующих устройств, для изготовления штифтов мельниц, ножей делительного оборудования в сахарной и мясоперерабатывающей промышленности.
ПНП и ПНД стали целесообразно использовать для узлов оборудования, работающего при высоких циклических нагрузках, например, для изготовления сёдел клапанов в дозаторах, используемых при розливе шампанского, в транспортирующих устройствах хлебопекарной промышленности (дёжеопрокидыватели, тестоделители и др.) для различных крепежных деталей.
Авторское право на материал
Копирование материалов допускается только с указанием активной ссылки на статью!
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
Похожие статьи