Контрольная работа по «Специальные стали»

Дисперсионное твердение  железоникелевого мартенсита вызывают титан, бериллий, алюминий, марганец, ванадий, молибден, вольфрам, ниобий, тантал, кремний и другие элементы, характеризующиеся ограниченной растворимостью в a-Fe (рис. слева), причем наибольшее упрочнение при старении (в условиях равной атомной концентрации) обеспечивают те из них (титан, алюминий, бериллий), равновесная концентрация которых в мартенсите минимальна.

Никель (а в некоторых  сталях и кобальт) способствуют увеличению объемной доли выделяющихся при старении упрочняющих фаз и тем самым повышают эффективность процесса дисперсионного твердения. Положительное влияние кобальта в мартенситно-стареющих сталях обусловлено также формированием в мартенситной матричной фазе при старении упорядоченных областей, являющихся дополнительным фактором упрочнения. Хром в мартенситно-стареющих сталях способствует повышению их коррозионной стойкости и одновременно вызывает дополнительное упрочнение при старении.

Закаленные мартенситно-стареющие  стали имеют структуру мартенсита замещения. Легирующие элементы, вызывающие старение, незначительно влияют на свойства несостаренного мартенсита, поэтому прочность, пластичность и вязкость закаленных сталей разных составов весьма близки и находятся, как правило, в следующих пределах: σ_в = 900-1200 МПа; σ_0,2 = 800-1100 МПа; δ =15-20%; ψ = 50-80 %; KCV =1,5-3 МДж/м².

Старение мартенситно-стареющих сталей приводит к повышению их прочности, но одновременно снижает вязкость и пластичность. Наиболее высокое упрочнение достигается для всех сталей при старении в интервале температур 480—520 °С; при этом в зависимости от состава сталей временное сопротивление может повышаться на 300—1800 МПа. При более высокой температуре старения развиваются процессы, ведущие к разупрочнению: коагуляция частиц упрочняющих фаз и образование устойчивого аустенита вследствие обратного a - g — превращения.

5. Приведите данные о применении сталей с метастабильным аустенитом в условиях ударно-абразивного взаимодействия.

Ударно - абразивный износ  – износ при контакте поверхности  с твердыми частицами  в сочетании с динамическими нагрузками. Он связан: 1) с многократным деформированием поверхности абразивными частицами, при котором повышается плотность дислокаций, когда она становится выше критической возникают микротрещины, происходит разрушение микрообъемов поверхности металла и отделение их в виде частиц; 2) с тем, что абразивные частицы обладают большей твердостью, чем металл, и действуют как резцы, срезая поверхностный слой (процесс микрорезания).

Когда имеют место  динамические нагрузки, увеличение твердости  не даст повышения износостойкости  и может наблюдаться обратный эффект.

Перспективным способом повышения долговечности деталей  машин и инструмента – является получение в сплавах метастабильной структуры, способной к самоорганизации под влиянием внешних воздействий, что позволяет им адаптироваться к условиям нагружения и иметь высокие служебные свойства. Метастабильный аустенит под влиянием нагружения претерпевает мартенситные превращения (в ряде случаев не только прямые, но и обратные). Одновременно могут происходить динамическое старение, сопровождающееся выделением под влиянием деформации карбидов, карбонитридов, интерметаллидов, двойникование, а также структурные изменения: увеличение плотности дислокаций, измельчение зерна (в ряде случаев возникновение нанокристаллической структуры) и др. При этом реализуются не только различные механизмы упрочнения, но и механизмы повышения сопротивления разрушению. Под влиянием структурно-фазовых превращений в процессе эксплуатации может иметь место релаксация микронапряжений, возрастает энергоемкость материала .

Высоким сопротивлением изнашиванию обладают стали с метастабильным аустенитом. Поскольку износостойкость марганцевого аустенита в значительной степени обусловлена его способностью к деформационному упрочнению, выигрыш от применения хромомарганцевых метастабильных аустенитных сталей достигается благодаря эффективному механизму упрочнения вследствие образования достаточного количества мартенсита деформации, кроме действующего в стали 110Г13Л основного механизма наклепа аустенита.

Содержание углерода в хромомарганцевой метастабильной аустенитной стали, обеспечивающее активное действие двух основных механизмов упрочнения, должно находиться в пределах 0,6-1,0 % С при 7-10 % Мn и 2-5 % Сr.

Сталь 60Х4Г10Л (М_н = –50–70 °С) обладает более высокой стойкостью при ударно-абразивном изнашивании по сравнению со сталью 110Г13Л. Было установлено, что образцы стали 60Х4Г10Л за одинаковое число циклов (10⁵) контактно-ударного нагружения (на копре ДСВО-150) претерпевают меньшую деформацию Dh и приобретают в процессе нагружения значительно более высокую твердость, чем образцы стали 110Г13Л. Пластическая деформация вызывает в образцах метастабильной аустенитной стали 60Х4Г10Л развитие g®e®a²-превращения с образованием свыше 30 % a-мартенсита после 10⁵ циклов нагружения, в то время как сталь 110Г13Л сохраняет аустенитную структуру. В сталях 60Х4Г10Л наблюдается аустенитно-мартенситная структура (наклепанный аустенит и мартенсит деформации).

В настоящее время  используется достаточно большое количество сталей с метастабильным аустенитом (110Г7Х2Л, 110Г8Л, 80Г7Х3Л и др.). Для  этих сталей применяют закалку с температуры 1100 °С и выше в воде. Для интенсификации превращения аустенита в мартенсит деформации его дестабизируют проведением отпуска при 500-600 °С, при этом из аустенита выделяются карбиды и точка М_д повышается.

Дополнительное упрочнение от образования мартенсита деформации обусловлено как собственно более высокой твердостью и дисперсностью мартенсита, так и созданием в зернах аустенита прочного каркаса из пластин мартенсита, препятствующих сдвиговым процессам в аустените. При этом значительная часть энергии, которая передается сплаву абразивными частицами, используется на g®a² превращение (образование мартенсита деформации), а не на разрушение поверхностных слоёв.

Однако применение метастабильных аустенитных сталей ограничивается сложностью деформационно-термического упрочнения. Для высоких степеней деформации при низких температурах требуются мощные деформирующие средства. Области применения сталей: детали авиаконструкций, броневой лист, проволока тросов и др