Состав и механические свойства

мартенситностареющих сталей

Применение мартенситно-стареющих сталей.

Например, мартенситно-стареющая сталь Н18К8М5 имеет наилучшую обрабатываемость резанием сразу после закалки на структуру пересыщенного твердого раствора. Последующее старение повышает твердость и снижает скорость резания в 5 раз. Аналогична закономерность для хромоникелевых аустенитных нержавеющих сталей, а также всех стареющих или дисперсионно-твердеющих сплавов.

По свариваемости мартенситно-стареющие стали превосходят широко используемые углеродистые легированные стали. Они мало чувствительны к образованию горячих и холодных трещин, обеспечивают повышенный уровень механических свойств сварных соединений в нетермообработанном состоянии и возможность достижения равнопрочности основному металлу проведением после сварки старения. Высокая прокаливаемость мартенситно-стареющих сталей предопределяет получение мартенситной структуры независимо от скорости охлаждения после аустенитизации. Повышенное содержание легирующих элементов может сместить температуру окончания мартенситного превращения ниже комнатной, что обусловит наличие в структуре определенного количества остаточного аустенита. Другой причиной его появления является нагрев закаленной стали на температуру, близкую к 600 С, что приводит к обратному α-γ-превращению.

Напротив, мартенситно-стареющая сталь серии 200, легированная 18 % Ni, обладает очень высокими прочностными свойствами при низких температурах, однако при пониженной вязкости. Аналогичным образом сталь с 9 % Ni характеризуется хорошей вязкостью и средней прочностью при низких температурах, в то время как сталь с 9 % Ni и 4 % Со имеет более высокую прочность, но существенно проигрывает в вязкости при этих же температурах.
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.

Технологические свойства мартенситно-стареющих сталей повышенные: хорошие свариваемость, обрабатываемость резанием и пластичность в закаленном состоянии; незначительная деформация деталей при отпуске, выполняемом после резания и создающем необходимые высокие механические свойства.
Основными достоинствами мартенситно-стареющих сталей являются способность упрочняться старением практически без поводки; значительно меньшая чувствительность, чем у среднелегированных высокопрочных сталей, к острым надрезам и трещинам; работоспособность до 450 С и хорошая свариваемость, в том числе и в упрочненном состоянии.

Случаи примениния мартенситно-стареющих сталей

1. Боевые ножи и ножи для тяжелых работ. Здесь может быть реализована высокая прочность и надежность этой группы сталей. Например, часть ножей производится для спецподразделений из коррозионно-стойкой стали ЭП-853.

2. Ножи, для которых важна максимальная острота РК. Благодаря сверхмалым размерам частиц упрочняющей фазы и достаточно вязкой матрице эти стали позволяют получать максимально острую РК для материалов с классической структурой. Например, из этих сталей (ЭП853, Sandvik 9RK91) производят микрохирургические инструменты.

3. Для ножей, для которых важна максимальная коррозионная стойкость (в случае применения коррозионно-стойких сталей)

Влияние легирующих элементов на упрочнение железоникелевого мартен снта при старении.

Разработаны составы мартенситно-стареющих сталей, удовлетворяющие различным требованиям по уровню прочности, пластичности, коррозионной стойкостн по температурной области применения.

Этим субструктура мартенситно-стареющих сталей в закаленном состоянии резко отличается от субструктуры алюминиевых, медных и других сплавов, подвергаемых закалке без полиморфного превращения.
При исследовании мартенситно-стареющих сталей переходного класса было показано , что мартенсит, полученный в результате холодной деформации ( 15 - - 20 %), при комнатной температуре содержит дислокаций ( - 10П см2) больше по сравнению с мартенситом, полученным при обработке холодом, и особенно по сравнению с полученным при высоком отпуске.
В коррозионно-стойких мартенситно-стареющих сталях для измельчения зерна и рафинирования структуры чаще применяют сочетание двух последовательных закалок при различных температурах. Двойная закалка ( 750 С, 4 ч - - 850 С, 2 ч) обеспечивает измельчение зерна в сталях типа 03X11Н10М2Т от 0 до 8 балла.

В коррозионно-стойких мартенситно-стареющих сталях для измельчения зерна и рафинирования структуры чаще применяют сочетание двух последовательных закалок при различных температурах. Двойная закалка ( 750 С, 4 ч 850 С, 2 ч) обеспечивает измельчение зерна в сталях типа ОЗХПН10М2Т от 0 до 8 балла.
Из-за высокой стоимости мартенситно-стареющие стали применяют для деталей наиболее ответственного назначения.
Перспективными могут быть мартенситно-стареющие стали с 18 - 20 % Ni, как обладающие значительно более высокой прочностью.

Сварные швы на мартенситно-стареющей стали несколько менее стойки к коррозии под напряжением, чем основной материал.
Высокая пластичность закаленных мартенситно-стареющих сталей позволяет применять холодную пластическую деформацию, в том числе и со значительными степенями обжатия, при производстве широкой номенклатуры полуфабрикатов ( листов, ленты,пружины).

Освоенные промыленностыо марки мартенситно-стареющих сталей поставляются по техническим условиям.
Относительно высокая стоимость мартенситно-стареющих сталей ограничивает их применение в конструкциях, где на первый план выдвигается необходимость обеспечения повышенной удельной прочности, в том числе и при сварке закаленных элементов, при низкой чувствительности к наличию надрезов и трещиноподобных дефектов.

Деформационная характеристика высокопрочной мартенситно-стареющей стали ЭП-678 ( ОЗХ1Ш10М2Т) отличается от сталей 15ГБ и АБ-1Ш плавным отходом от прямолинейного упругого участка без какого-либо намека на площадку текучести

Видно также, что мартенситно-стареющие стали выдерживают наличие более глубоких трещин без развития растрескивания.

Из-за относительно высокой стоимости мартенситно-стареющие стали применяют в конструкциях, требующих повышения удельной прочности металла при низкой чувствительности к надрезам и трещи-ноподобным дефектам

Важным преимуществом безуглеродистых нержавеющих мартенситно-стареющих сталей является более высокая статическая выносливость по сравнению с обычными среднелегированными высокопрочными сталями.

Вязкость разрушения и предел текучести при 77 К исследованных опытных сплавов системы Fe - 12Ni в сравнении со свойствами 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.

Мартенситностареющие стали используют для изготовления шасси самолетов, оболочек космических летательных аппаратов, прецизионных хирургических инструментов и штампов и т.д. Используют эти стали и для криогенной техники, так как и при отрицательных температурах они обладают высокой прочностью в сочетании с достаточной пластичностью

.