Безуглеродистые коррозионностойкие стали на Fe-Cr-Ni основе с некоторым варьированием дополнительных легирующих элементов
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
тенитных сталей путем добавочного легирования хромоникелевой композиции 18-8 такими элементами, как марганец, кремний, молибден, ванадий, медь (12Х17Н8Г2С2, 12Х17Н8Г2С2МФ). Подобное легирование позволило обеспечить существенное повышение физико-механических свойств (прочностных характеристик и сопротивления релаксации напряжений), а также избежать заметного удорожания по сравнению с существующими сталями данного типа. Разработанные стали предназначены для изготовления тяжелонагруженных и теплостойких пружин и других упругих элементов. Для данных сталей приемлемой является температура нагрева под закалку - 1080..1100 С. При этом нагреве значительная часть углерода и карбидообразующих элементов (хрома, молибдена и ванадия) переходит в
?-фазу, что при последующем ускоренном охлаждении приводит к получению пересыщенного твердого раствора. Механические свойства сталей имели близкие показатели: ?в = 790 МПа; ? = 65 %; ? = 40 %. После деформации происходит интенсивное упрочнение. При максимальном обжатии (85 %) ?в в сталях 12Х17Н8Г2С2 и 12Х17Н8Г2С2МФ возрастает почти в три раза и составляет 2250-2300 МПа. Кроме того, указанные стали по уровню прочности существенно превосходят известные стали 12Х18Н10Т и 17Х18Н9 и сохраняют достаточно хорошую пластичность. Все стали в закаленном состоянии имели аустенитную структуру. В процессе последующей деформации в них развивалось фазовое ?>? превращение. Интенсивность образования мартенсита определяется степенью легированности ?-твердого раствора. Усложнение химического состава приводит к закономерному уменьшению в структуре объемной доли мартенсита. Последеформационный нагрев сталей 12Х17Н8Г2С2 и 12Х17Н8Г2С2МФ до 450..500 С вызывает заметное повышение величины ?в, в результате выделения карбидов Me23C6 и VC: ?в = 2600 МПа.
В работе [39] выполнены исследования по изысканию составов высокопрочных и коррозионностойких сталей, которые могли быть эффективной заменой высококобальтовых сплавов типа 40КХНМ. Исследования проводили на сталях 12Х14Н6Г4 и 12Х14Н6Г4ДМТ. Структура сталей почти полностью состояла из аустенита (мартенсита охлаждения не более 3..5 %). В закаленном состоянии стали имели свойства, типичные для аустенитных сплавов: ?в = 700..800 МПа и ? = 40..50 %. Проведение пластической деформации приводит к образованию мартенсита: в стали 12Х14Н6Г4 после обжатия на 80 % объемная доля мартенсита деформации составляла около 80 %, а в стали 12Х14Н6Г4ДМТ - 30 %. При этом обе стали после максимального обжатия имели относительно близкие показатели прочности. Авторы работы [39] считают, что дополнительное повышение прочностных свойств достигается в процессе последеформационного нагрева и связано с образованием частиц гексагональной карбидной фазы типа (Fe, Cr)7C3. Однако, в данных сталях после высокотемпературного старения (при 600 С) наблюдается склонность к коррозионному разрушению, когда происходит активный распад матричных твердых растворов и выделение карбидной фазы, богатой хромом.
.3 Аустенитные стали с карбидным и интерметаллидным упрочнением
Процессы деформационно-термического упрочнения аустенитных сталей, включающие сочетание предварительного деформирования и старения, обеспечивают дополнительное повышение прочностных свойств за счет увеличения объемной доли и изменения характера распределения выделений в связи с соответствующим изменением дислокационной структуры деформированной стали [33]. Для Cr-Ni аустенитных сталей предварительное деформирование при 20 С способствует выделению карбидов (Cr, Fe)23C6 и TiC при более низких температурах старения. Дополнительное легирование ниобием, титаном, ванадием, алюминием, молибденом, кобальтом и другими элементами, способствующими понижению энергии дефектов упаковки, изменяет фазовый состав выделений в сталях за счет образования интерметаллидных фаз типа Fe2Nb, Ni3Ti, NiAl, Ni3Al и др.
.3.1 Стали с карбидным упрочнением
Стали с карбидным упрочнением предназначены для работы при температурах 650..750 С и довольно высоких уровнях напряжений. Карбидообразующие элементы V, Nb, W, Mo связывают часть углерода в специальные карбиды, а также упрочняют аустенитную матрицу. Упрочняющими карбидными фазами в аустенитных сталях в основном являются карбиды ванадия и ниобия (VC, NbC), а также карбиды хрома (типа Me23C6 и Me7C3). Последние обычно растворяют в себе другие элементы (Fe, W, Mo и др.), поэтому состав этих карбидов изменяется в зависимости от легирования стали и режима термической обработки [3,40].
Карбиды ванадия выделяются при старении в высокодисперсном состоянии и обеспечивают значительную долю упрочнения аустенитных сталей. Специальные карбиды типа МеС в процессах старения практически не участвуют, так как имеют высокие температуры растворения при аустенитизации, карбиды и карбонитриды ниобия начинают растворяться только после нагрева свыше 1250 С, а в основном присутствуют в сталях в виде первичных выделений. Положительная роль этих фаз заключается в том, что они препятствуют росту аустенитного зерна при нагреве и, в частности, образованию разнозернистости.
Чем сложнее карбидные фазы по составу, чем легированнее аустенит стали, тем больше эффект упрочнения при старении и медленнее развиваются процессы разупрочнения. При низкотемпературном старении легированного аустенита с выделением дисперсных фаз возникает состояние очень сильного упрочнения и одновременно падает пластичность, увеличивается чувствительность к хрупкому разрушению. Например, сталь 40Х12Н8Г8МФБ после низкотемпературного старен