Термическая обработка

Важным достоинством мартенситно – стареющих сталей является их высокая технологичность. По ряду технологических свойств мартенситно – стареющие стали превосходят стали других классов соответствующего уровня прочности. Для них характерны: высокая технологическая пластичность, отсутствие трещинообразования при охлаждении, возможность сведения упрочняющей обработки к операциям закалки и старения, малая изменяемость геометрических размеров в процессе окончательной термической обработки – старения, хорошая свариваемость и возможность получения равнопрочности сварного шва и основного изделия при проведении последующего старения.

Вместе с тем мартенситно – стареющие стали имеют и ряд недостатков: склонность к ликвационной неоднородности, особенно по титану, «тепловая хрупкость» (выделение по границам зерна карбонитридных или интерметаллидных фаз), сравнительно высокие значения пределов текучести в закаленном состоянии.

Устранение этих недостатков может быть достигнуто рациональным легированием, пластической и термической обработкой.

Предварительная обработка мартенситно – стареющих сталей должна уменьшить ликвацию и выделение частиц второй фазы. Это достигается гомогенизацией при 1200 – 1260 ^оС (для сплавов, не содержащих меди).

Операцией термической обработки, обеспечивающей реализацию IIэтапа упрочнения, является закалка. Качество закалки определяется наличием или отсутствием заметных количеств остаточного аустенита; степенью пересыщения твердого раствора легирующими элементами, отчего зависит эффективность последующего старения; дисперсностью структуры, т.е. полнотой процессов фазовой и структурной перекристаллизации; наличием или отсутствием в закаленном мартенсите охрупчивающих фаз и d - феррита.

Первое условие реализуется легированием с учетом влияния элементов на положение точки М_к. Кроме того, уменьшить количество остаточного аустенита можно дестабилизацией g - фазы путем переохлаждения стали от 1100 – 1200 ^оС и выдержке в интервале 650 – 800 ^оС с последующим быстрым охлаждением. При выдержке в области 650 – 800 ^оС в аустените выделяются интерметаллидные фазы, что приводит к обеднению аустенита легирующими элементами, и соответственно, к повышению точки М_к.

Для реализации второго условия используется повышение температуры и увеличение времени выдержки при закалке, что способствует равномерному распределению легирующих элементов и, за счет этого, увеличивает эффект упрочнения при старении. Для достижения максимального прироста прочности обычно рекомендуемая температура закалки на 100 – 200 ^оС выше температуры А₃.

С понижением температуры аустенитизации повышаются прочностные свойства мартенситно – стареющей стали после старения, особенно если после закалки следует холодная пластическая деформация.

Вышеперечисленные условия выдвигаются, если после закалки следует упрочняющая обработка – старение. Если закалку проводят в качестве смягчающей обработки перед последующей пластической деформацией, то эффективным оказывается применение закалки из двухфазной a + g - области с целью получения в структуре стабилизированного аустенита, повышающего пластичность и ударную вязкость.

Большое внимание уделяется методам борьбы с «тепловым» охрупчиванием, причина которого заключается в появлении по границам аустенитного зерна при выдержке в аустенитной области или замедленном охлаждении выделений карбонитридов Ti(C,N), Mo(C,N), интерметаллидов Fe₂Mo, сульфидов типа TiS₂, нитридов, c - фазы или других фаз в зависимости от состава стали и температурно – временных параметров обработки. Основные пути устранения зернограничного теплового охрупчивания: применение многократных закалок, с нагревом до высоких температур, ускоренного охлаждения.

12.3 Области применения мартенситно – стареющих сталей

Мартеситно – стареющие стали обладают высокой хладостойкостью, что позволяет применять мартенситно – стареющие стали для изготовления криогенных систем, деталей авиационной техники, гидрокрыльев и т.д. Хорошее сопротивление хрупкому разрушению и весьма высокая прочность сварных конструкций в сочетании с коррозионной стойкостью позволяет использовать мартенситно - стареющие стали, особенно коррозионностойкие для производства корпусов батискафов, химических сосудов, аппаратов и т.д.

Также мартенситно – стареющие стали могут использоваться в качестве пружинного материала.

Мартенситно – стареющие стали обладают высокой размерной стабильностью при термической обработке, т.е. практически не испытывают коробления. Поэтому из них можно изготавливать особо сложные и точные детали (например, элементы пресс – форм для литья).

Совершенствование мартенситно – стареющих сталей ведется в трех направлениях:

1 Оптимизация легирования.

2 Применение перспективных систем термической и термомеханической обработки.

3 Использование мартенситно – стареющих сталей совместно с другими материалами.

Отдельную группу составляют сверхвысокопрочные мартенситно - стареющие стали, отличительной особенностью которых является легирование 15 – 20 % Co, 6 – 15 % Mo, 8 – 25 % Ni. Это позволяет получать изделия со значением временного сопротивления около 3500 МПа.

Холодная пластическая деформация таких сталей в сочетании с последующим старением увеличивает значение предела прочности до 4000 МПа. Следует отметить, что такая высокая прочность сочетается с пониженными пластическими свойствами y = 3 - 20 %.

Повысить пластичность и вязкость мартенситно – стареющих сталей разных систем легирования возможно:

1 Путем качественной выплавки: использование двойных вакуумно – дуговых и вакуумно – индукционных переплавов и т.п.

2 Микролегированием редкоземельными металлами и кальцием, поскольку при этом снижается эффект зернограничного охрупчивания.

Совершенствование термической обработки ведется в направлении использования ступенчатой и многократной закалок, а также двойного старения (например, по режиму 560 ^оС, 1 час + 400 ^оС, 2 часа), цель которого добиться наиболее полного проявления упрочняющего эффекта.

Также может быть проведена термомеханическая обработка, сочетающая в себе деформацию стали в аустенитной области при температуре несколько выше точки М_н с целью получения мартенсита деформации и последующего старения.

Также мартенситно – стареющие стали нашли широкое применение в области композиционных материалов. В частности распространен композит алюминиевый сплав (матрица) – мартенситно – стареющая сталь (арматура).

Помимо этого мартенситно – стареющие стали используются в порошковой металлургии.