Метастабильные аустенитные стали

Несмотря на то что сталь 110Г13Л по абразивной износостойкости превосходит нормализованные высокоуглеродистые стали перлитного класса типа 100ГСЛ, её относительно невысокая эксплуатационная стойкость в условиях абразивного изнашивания не удовлетворяет во многих случаях потребителей. Это может быть связано с низкой исходной твёрдостью (недостаточным сопротивлением смятию и расклёпыванию), а также со сравнительно невысокой способностью к упрочнению стабильного высокомарганцевого аустенита стали 110Г13Л, не претерпевающего в процессе абразивного изнашивания деформационное мартенситное превращение.

Эффект упрочнения метастабильных аустенитных сталей (МАС) в процессе пластической деформации определяется помимо деформационного упрочнения аустенита также наложением действия фактора «мартенситного упрочнения», т.е. количеством, прочностью и распределением образующихся при деформации ε- и α –мартенситных кристаллов и, наконец, наклёпом кристаллов мартенсита деформации. Два последние фактора в основном ответственны за более интенсивное упрочнение МАС по сравнению с близкими по составу стабильными аустенитными сталями.

Высокая способность марганцевого аустенита к деформацион­ному упрочнению использована при разработке хромомарганцевых нестабильных аустенитных сталей с высокой кавитационной стой­костью. И.Н. Богачёв с сотрудниками показали, что наибольшим сопротивлением кавитационному воздействию обладают МАС на хромомарганцевой основе, которые под влиянием внешней нагрузки претерпевают мартенситное пре­вращение.

Кавитационная стойкость находится в прямой зависимости от способности стали к упрочнению в процессе внешнего воздействия рабочей среды. Роль мартенситных превращений в повышении ка­витационной стойкости заключается не только в том, что дисперсные кристаллы мартенсита деформации создают высокий уровень упрочнения поверхности и обладают по­вышенным сопротивлением разрушению, но и в том, что в момент протекания мартенситного превращения и бездиффузионной перестройки кристаллической решётки происходит релаксация микронапряжений. В то же время поверхностный слой деталей глубиной до 300¸400 мкм, охваченный мартенситным превращением, приобретает больший удельный объём и сжимающие макронапряжения, препятствующие возникновению микротрещин. С позиций синергетического подхода МАС в наибольшей степени среди материалов других структурных классов обладают свойствами динамических структур: адаптации, самовоспроизведения, изменчивости, отбора наиболее устойчивой структуры, информационными свойствами.

На основе принципа метастабильности марганцевого аустенита разработаны кавитационно-стойкие хромомарганцевые МАС 30Х10Г10, 0Х14АГ12М и др., обладающие активной кинетикой мартенситообразования при деформации и высокой способностью к упрочнению. Равномерная деформация и разрушение поверхностного слоя сталей с метастабильным аустенитом приводят к тому, что на поверхность выступает новый слой, в котором под действием гидравлических микроударов снова образуется мартенсит. Многократное повторение этого процесса обусловливает очень медленное развитие разрушения, т.е. высокую эксплуатационную стойкость. Это иллюстрируют рис. 4.8 и табл. 3.2, где показаны режимы термообработки, механические свойства и кавитационная стойкость некоторых сталей, разработанных в проблемной лаборатории металловедения УГТУ-УПИ (ныне УрФУ), в сравнении со стойкостью стали 12Х18Н10Т.

Максимальной кавитационной стойкостью обладает среднеуглеродистая сталь 30Х10Г10 с активной кинетикой образования мартенситных фаз на рабочей поверхности (рис. 4.8). В условиях микроударного (кавитационного) воздействия рабочая поверхность МАС упрочняется значительно сильнее, чем хромоникелевых метастабильных сталей, например стали 10Х18Н10Т. Однако высокая способность к упрочнению стали 30Х10Г10 оборачивается плохой технологичностью: плохой обрабатываемостью резанием, повышенной склонностью к образованию трещин при сварке, затруднённой шлифуемостью.

 

 

Рис. 4.8. Потеря массы, твёрдость поверхности (НВ), глубина наклёпанного слоя (h)
и количество α-мартенсита на поверхности образцов сталей 30Х10Г10 (1) и 10Х18Н8 (2)
в процессе кавитационного воздействия при испытании на струеударном стенде
(И.Н. Богачёв и Р.И. Минц)

Для работы в условиях динамического контактного нагружения на основе метастабильного хромомарганцевого аустенита разработана группа сталей, химический состав которых указан в табл. 4.5. Эти стали должны подвергаться относительно несложной термообработке – закалке (аустенитизации) от 1050¸1100 ⁰С в воде. Хромомараганцевоникелевые МАС имеют лучшие пласти­ческие свойства, коррозионную стойкость, технологические свойства и свариваемость, чем сталь 30Х10Г10, за счёт некоторого сниже­ния кавитационной стойкости. В одинаковых условиях кавитационная стойкость стали 20Х12Н3Г4 приближается к стойкости стали 30Х10Г10, а стойкость стали 03Х13Н3Г4 – к стойкости стали 03Х14АГ12М. По кавитационной стойкости метастабильные аустенитные стали также значительно превосходят сталь 12Х18Н10Т. Аналогичная зависимость характерна и для стойкости при гидроабразивном изнашивании.

Таблица 4.5

⇐ Предыдущая18192021222324252627Следующая ⇒

Поделиться: