Высокопрочными называют стали, имеющие предел прочности 1500— 2000 МПа и более. Этим сталям необходимо иметь достаточный запас пластичности и вязкости. К высокопрочным сталям относятся:
а) среднеуглеродистые комплексно-легированные стали, используемые
после закалки с низким отпуском или после термомеханической обработки
(30ХГСН2А, 40ХН2МА, 38ХНЗМА);
б) мартенситно-стареющие стали (03Н18К9М5Т, Н12К15М10,
Н10Х11М2Т);
в) метастабильные аустенитные стали (трип-стали).
Из среднеуглеродистых комплексно-легированных сталей большое применение, особенно в самолетостроении, находит сталь 30ХГСН2А (см. табл. 7.1), представляющая собой хромансил, улучшенную за счет добавки 1,6% Ni. Эта сталь используется для изготовления деталей фюзеляжа, шасси, силовых сварных конструкций и др. Сталь применяется как в низкоотпущенном состоянии (см. табл. 7.3), так и после изотермической закалки, которая по сравнению с первым вариантом термообработки обеспечивает меньшую чувствительность к надрезу и более высокое сопротивление разрушению.
Термомеханическая обработка (ТМО), совмещающая в одном технологическом процессе пластическую деформацию аустенита и закалку, обеспечивает среднеуглеродистым легированным сталям типа 30ХГСН2А и 40ХН2МА высокую прочность (о, до 2000—2800 МПа — на небольших опытных образцах) при достаточной пластичности (8 = 8—6%) и вязкости (KCU = 0,30—0,15 МДж/м2).
Мартенситно-стареющие стали (03Н18К9М5Т, 04Х11Н9М2Д2ТЮ, 03Н19К6М5ТР и др.) превосходят по конструктивной прочности и технологичности рассмотренные ранее среднеуглеродистые стали (табл. 7.3). Они обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладноломкости при прочности порядка ст, = 2000 МПа. Эти стали характеризуются высокой прокаливаемостью, хорошей свариваемостью, легкой деформируемостью в закаленном состоянии, малым короблением в процессе термической обработки. Мартенситно-стареющие стали представляют собой безуглеродистые (С *£ 0,03%) сплавы железа с 8—25% Ni, дополнительно легированные Со, Mo, Ti, Al, Сг и другими элементами. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентрации углерода в результате закалки от 1220—820 °С в воде или на воздухе фиксируется высокопластичный (5 = 18—20%, у = 75—85%, KCU = 2—2,5 МДж/м2), но низкопрочный (о, < 1100 МПа) железоникелевый мартенсит, пересыщенный легирующими элементами. Его в дальнейшем можно деформировать с большими степенями обжатия. Главное упрочнение происходит в процессе старения при температурах 450—550 °С за счет выделения из мартенситной матрицы когерентно с ней связанных мелкодисперсных фаз (NiTi, МзП, NiAl, (Ni,Fe)Al, БегМо и др.). Детали из листов и прутков малого сечения закаливают с температуры 820 °С с последующим старением при 500 °С. Детали большой толщины из стали 03Н18К9М5Т подвергаются сложной термической обработке, включающей первую закалку с 1200 °С, последующую трехкратную закалку с 940 °С и старение при 520—540 °С (табл. 7.3). При этом закалку осуществляют в воде (до потемнения поверхности), а затем охлаждают на воздухе. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой конструктивной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 °С и рекомендуются для изготовления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрелкового оружия, катапульт самолетов, шасси, гидрокрыльев, корпусов подводных лодок, батискафов, деталей криогенных сосудов, высоконагруженных дисков турбомапшн, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т. д.
Метастабильныс аустенитные высокопрочные стали повышенной пластичности получили название трип-сталей (TRIP — Transformation Induced Plasticity) или ПНП-сталей (ТИП — пластичность, наведенная превращением). Стали этого класса 30Х9Н8М4Г2С2, 25Н25М4Г1 (приведен ориентировочный марочный состав) и другие содержат 0,2—0,3% С, 8—10% Сг, 8—25% Ni, 2—6%Мо, 1—2,5% Мп, до 2% Si. После закалки с 1000—1100 °С в этих сталях фиксируется устойчивая аустенитная структура, так как точка начала мартенситного превращения М„ лежит в области отрицательных температур. В процессе последующей пластической деформации (степень обжатия 50—80%), проводимой при 450—600 °С (ниже температуры рекристаллизации), происходит наклеп аустенита, а также его обеднение углеродом и легирующими элементами за счет выделения карбидов (дисперсионное упрочнение). Вследствие этого повышаются температуры М„ и Мд (температура начала образования мартенсита деформации), причем последняя превышает 20 °С. Поэтому в процессе охлаждения аустенит становится метаста-бильным и при повторной деформации претерпевает мартенситное превращение.
В результате закалки, наклепа и деформационного старения аустенита трип-стали приобретают оптимальные механические свойства: высокую прочность (ст„ = 1800—2000 МПа, а0,2 = 1400—1700 МПа), хорошую пластичность 5 > 20% (до 100—150%) и трещиностойкость.
Необходимость мощного прокатного и другого технологического оборудования для осуществления пластической деформации при относительно низких температурах, анизотропия свойств деформированных сталей, сложность сварки — все это ограничивает возможность широкого применения трип-сталей. Из этих сталей изготавливают проволоку, тросы, высоконагру-женные детали.
http://uralmetek.ucoz.ru/
|