Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах

Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах

Обобщены результаты исследований автора с сотрудниками по созданию в сталях и чугунах, наряду с другими структурами, метастабильного аустенита, превращающегося при нагружении в мартенсит, а также способы управления его количеством, степенью стабильности и характером распределения. Это позволяет суще...

Повний опис

Збережено в:
Бібліографічні деталі
Дата:2009
Автор: Малинов, Л.С.
Формат: Стаття
Мова:Russian
Опубліковано: Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України 2009
Назва видання:Металл и литье Украины
Онлайн доступ:http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104314
Теги: Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах / Л.С. Малинов // Металл и литье Украины. — 2009. — № 7-8. — С. 25-32. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
id irk-123456789-104314
record_format dspace
spelling irk-123456789-1043142016-07-08T03:02:24Z Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах Малинов, Л.С. Обобщены результаты исследований автора с сотрудниками по созданию в сталях и чугунах, наряду с другими структурами, метастабильного аустенита, превращающегося при нагружении в мартенсит, а также способы управления его количеством, степенью стабильности и характером распределения. Это позволяет существенно повысить механические свойства и износостойкость сплавов различных структурных классов и назначения, используя их внутренний ресурс. Узагальнено результати досліджень автора із співробітниками по створенню в сталях і чавунах разом з іншими структурами метастабільного аустеніту, що перетворюється при навантаженні в мартенсит, а також способи управління його кількістю, мікроструктурою, стабільністью і характером розподілу. Це дозволяє суттєво підвищити механічні властивості і зносостійкість сплавів різних структурних класів і призначення, використовуючи їх внутрішній ресурс. In the work the results of researches author with employees on creation in steels and cast-irons along with other structures metastable austenite, which transforming in the loading to martensite, and also methods of control its amount, stability degree and distribution character are generalized. It’s allow substantially to increase mechanical properties and wear-resistance of alloys different structural classes and setting by using its internal resource. 2009 Article Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах / Л.С. Малинов // Металл и литье Украины. — 2009. — № 7-8. — С. 25-32. — Бібліогр.: 26 назв. — рос. 2077-1304 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104314 669.15’.74.194-15.669.17 ru Металл и литье Украины Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
institution Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection DSpace DC
language Russian
description Обобщены результаты исследований автора с сотрудниками по созданию в сталях и чугунах, наряду с другими структурами, метастабильного аустенита, превращающегося при нагружении в мартенсит, а также способы управления его количеством, степенью стабильности и характером распределения. Это позволяет существенно повысить механические свойства и износостойкость сплавов различных структурных классов и назначения, используя их внутренний ресурс.
format Article
author Малинов, Л.С.
spellingShingle Малинов, Л.С.
Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
Металл и литье Украины
author_facet Малинов, Л.С.
author_sort Малинов, Л.С.
title Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
title_short Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
title_full Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
title_fullStr Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
title_full_unstemmed Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
title_sort получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах
publisher Фізико-технологічний інститут металів та сплавів НАН України
publishDate 2009
url http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/104314
citation_txt Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах / Л.С. Малинов // Металл и литье Украины. — 2009. — № 7-8. — С. 25-32. — Бібліогр.: 26 назв. — рос.
series Металл и литье Украины
work_keys_str_mv AT malinovls polučeniemetastabilʹnogoaustenitaioptimizaciâegokoličestvaistabilʹnostivstalâhičugunah
first_indexed 2025-07-07T15:12:21Z
last_indexed 2025-07-07T15:12:21Z
_version_ 1837001492142227456
fulltext �� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 ЛИТЕРАТУРА 1. Вегман Е. Ф. Теория и технология агломерации. – М.: Металлургиздат, 1974. – 286 с. 2. Коротич В. И. Основы теории и технологии подготовки сырья к доменной плавке. – М.: Металлургия, 1978. – 208 с. В. А. Козачишен, г. Н. Попов Конусний огрудкувач агломераційної шихти Огрудкування є однією з основних операцій підготовки шихти до спікання, яка значною мірою визначає техніко-економічні параметри процесу. Запропонова- но огрудкувач з конусним барабаном, що має широкі можливості управління якістю огрудкування. Анотація V. Kozachishen, G. Popov Cone pelletizers sinter charge Pelletizing is one of basic operations of preparation of charge to caking, which de- termines the technical and economic assessment parameters of process largely. A pelletizer with a cone drum, having more wide possibilities on a quality of pelletizing manipulation, is offered. Summary Окомкователь, агломерационная шихта, железорудный концентрат, конусный барабан, гранула, наклон оси Ключевые слова УДК669.15’.74.194-15.669.17 Л. С. Малинов (ПгТУ) Получение метастабильного аустенита и оптимизация его количества и стабильности в сталях и чугунах Обобщены результаты исследований автора с сотрудниками по созданию в сталях и чугунах, наряду с другими структурами, метастабильного аустенита, превращающегося при нагружении в мартенсит, а также способы управления его количеством, степенью стабильности и характером распределения. Это позволяет существенно повысить механические свойства и износостойкость сплавов различных структурных классов и назначения, используя их внутренний ресурс О дним из важнейших направ- лений современного материа- ловедения является создание материалов с метастабильны- ми структурами, являющимися синергетическими системами [1]. Под влиянием внешних нагрузок в них протекают структурные и фазовые превращения, благодаря которым они переходят в новое, более равновесное состояние. Выполняется прин- цип Ле-Шаталье, согласно которому система на внешнее воздействие реагирует так, что его ослаб- ляет. Относительный уровень этого воздействия снижается, и система, как бы, адаптируется к нему. Эта трансформация происходит эволюционным пу- тем постепенного перехода от старого структур- ного состояния к новому и позволяет получить в материалах свойства существенно более высокие, чем обычно достигаемые в настоящее время. К си- нергетическим системам с полным основанием можно отнести стали и чугуны с метастабильным аустенитом. Наиболее важную роль в адаптации и �� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 формировании их свойств играют динамические мартенситные превращения и (или) двойникова- ние, протекающие при нагружении. Свой вклад также вносят структурные изменения: образование дефектов упаковки, увеличение плотности дисло- каций, измельчение зерна, формирование субструк- туры, динамическое старение [2]. В середине 50-х годов прошлого столетия И. Н. Богачевым и Р. И. Минцем высказана и реа- лизована чрезвычайно плодотворная идея, суть ко- торой заключалась в использовании мартенситных превращений не при упрочняющей обработке сталей с метастабильным аустенитом, как это было обычно принято, а при нагружении в процессе испытаний механических свойств и эксплуатации. На этой основе разработаны кавитационностойкие стали марок З0Х10Г10 [3] и 10Х14АГ12(М) [4], во много раз превосходившие применявшиеся материалы. Важными явились положения, выска- занные автором, согласно которым в процессе мартенситных превращений, протекающих при на- гружении, происходит не только упрочнение, что было общеизвестно, но и релаксация напряжений, обеспечивающая повышенную работоспособность микрообъемов металла. Кроме того, на развитие деформационных превращений расходуется зна- чительная часть энергии внешнего воздействия, и, соответственно, меньшая ее доля идет на раз- рушение [5, 6]. Большинство исследований по дан- ному вопросу посвящены созданию и изучению высоколегированных метастабильных аустенит- ных сталей. Автором предложено и развивается перспективное научное направление, согласно которому для повышения механических и слу- жебных свойств сплавов различных классов и назначения в них необходимо создавать мно- гофазную структуру, в которой наряду с такими составляющими как мартенсит, бейнит, феррит, карбиды, карбонитриды, интерметаллиды и другие должен быть получен метастабильный аустенит, претерпевающий мартенситные превращения при нагружении в процессе испытаний свойств или эксплуатации. Важно управлять его количеством и стабильностью. Одновременно с этим целесообраз- но использовать известные механизмы упрочне- ния и сопротивления хрупкому разрушению [7]. В настоящее время в литературе нет однознач- ного мнения относительно влияния остаточного аустенита на механические свойства и износо- стойкость сталей и чугунов. Известно немало ра- бот, отмечающих его отрицательную роль и пред- лагающих разлагать остаточный аустенит. В дан- ной работе на большом количестве примеров по- казана возможность повышения свойств сталей и чугунов (это важно для ресурсосбережения) путем получения в них многофазных структур с метастабильным аустенитом за счет применения различных способов обработки, чему в настоящее время не уделяется должного внимания. Рассмот- рим это на примере закалки. Традиционно темпе- ратура нагрева под закалку для углеродистых и низколегированных доэвтектоидных сталей выби- рается со сравнительно небольшим превышением относительно Ас3, а заэвтектоидных сталей – вы- ше Ас1. Это объясняется необходимостью сохране- ния мелкозернистости и исключения образования повышенного количества остаточного аустенита в заэвтектоидных сталях. Исследования по влиянию температуры нагрева под закалку на износостой- кость доэвтектоидных сталей марок 45 и 40ХН2МА показали, что в первой закалке от 1050 оС (отпуск при 200 оС) снижает абразивную износостойкость по сравнению с ее уровнем после обычно при- меняемой закалки от 860 оС. Напротив, во вто- рой – после закалки от повышенной температу- ры (1050 оС) обнаруживается увеличение абра- зивной износостойкости на 15-20 %. Такое раз- личие объясняется тем, что в стали марки 45 по- вышение температуры аустенитизации до 1050 оС приводит лишь к сильному росту зерна, а в ста- ли марки 40ХН2МА это проявляется в меньшей степени, но в то же время в структуре, наря- ду с мартенситом отпуска, присутствует остаточ- ный аустенит, количество которого составля- ет ~ 20 %. При этом в процессе абразивного из- нашивания он частично превращается в мартенсит деформации, количество которого составляет 15 %, что и обеспечивает увеличение абразивной изно- состойкости [8]. Еще больший эффект наблюдает- ся в заэвтектоидных сталях марок У10, 9ХС, 9ХФ и др. Повышение температуры нагрева под закал- ку по сравнению с традиционно применяемыми (780-800 оС) до 950 оС позволило повысить абразив- ную износостойкость на 50-60 % за счет получения в структуре 27-32 % метастабильного аустенита, претерпевающего динамическое мартенситное превращение при абразивном воздействии. В по- следние годы в промышленности для упрочне- ния поверхности широко применяется закалка с использованием источников концентрированной энергии, которые обеспечивают более высокую температуру нагрева, чем при объемной закалке. Полученные нами данные показывают, что в том случае, когда после лазерной и электронно-луче- вой обработок в структуре наряду с мартенситом (в ряде случаев карбидами и карбонитридами) присутствует остаточный метастабильный аусте- нит в количестве 40-50 %, обладающий малой стабильностью, удается существенно повысить абразивную износостойкость (в 1,5 раза) [9]. Это согласуется с данными работы [10]. Наряду с мартенситом отпуска и карбидами �� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 разработываются способы термообработки, вклю- чающе предварительный нагрев и выдержку в межкритическом или подкритическом интервалах (МКИ, ПКИ) температур, последующую кратко- временную аустенитизацию, закалку и низкий от- пуск. В работе [11] приведены данные по при- менению предложенного автором одного из ва- риантов такой термообработки с предваритель- ным нагревом в МКИ (α + γ + к) для сталей марок 10Х14Г2 мартенситного и 10Х14Г6Д2М мар- тенситно-аустенитного классов. Образцы исследо- ванных сталей нагревали в МКИ (640-720 оС), выдерживали в нем в течение 30-120 мин, после чего переносили в печь, нагретую до 1100 оС, вы- держивали в течение 3-5 мин и охлаждали в масле. После закалки проводили отпуск при 200 оС, 1 ч. По сравнению с обычной закалкой от 1100 оС термическая обработка по предложенному режиму вызывает стабилизацию аустенита и уменьшает количество образующегося при закалке мартенси- та. Это обусловлено обогащением аустенита мар- ганцем, углеродом, азотом и медью в результате их перераспределения между α- и γ-фазами в процессе выдержки в МКИ. В условиях после- дующего кратковременного нагрева до 1100 оС, обеспечивающего завершение α→γ превраще- ния, но исключающего гомогенизацию аустенита, в нем сохраняются участки, обогащенные аусте- нитообразующими элементами. Из феррита одно- временно образуется аустенит с пониженным со- держанием этих элементов. При закалке обед- ненные участки аустенита претерпевают превра- щение в мартенсит того же состава, а обогащенные – в мартенсит с повышенным содержанием углеро- да и остаточный аустенит. После термообработки с предварительным нагревом в МКИ при повы- шении температуры с 640 оС до 720 (выдержка 1 ч) в стали марки 10Х14Г6Д2М количество остаточ- ного аустенита возрастает от 30 до 45 % и увели- чивается его стабильность по отношению к дефор- мационному мартенситному превращению. В ре- зультате снижаются прочностные свойства по сравнению с уровнем, достигнутым после предва- рительного нагрева на 640 оС (выдержка 1 ч) [11]. Повысить прочностные свойства при сохране- нии достаточной пластичности в случае повы- шенного количества остаточного аустенита поз- воляет холодная пластическая деформация со степенями 10-15 %, проводимая перед низким отпуском. В стали марки 10Х14Г2, значительно менее легированной марганцем, термообработка, включающая предварительный нагрев и выдерж- ку в МКИ (640-720 оС), приводит к образова- нию 9 % аустенита (его количество не изменяется), который при испытании механических свойств также превращается в мартенсит деформации. Термообработка рассматриваемой стали с пред- варительным нагревом в МКИ приводит к одно- временному повышению прочностных и пласти- ческих свойств. Это можно объяснить измельче- нием зерна в результате перекристаллизации, увеличением дисперсности мартенсита, а так- же образованием аустенита и протеканием ди- намического мартенситного превращения. Закал- ка исследованных сталей переходного и мартен- ситного классов непосредственно из МКИ (без последующей кратковременной аустенитизации) приводит к получению сравнительно невысо- ких прочностных свойств и повышенной пластич- ности, что обусловлено уменьшением количества мартенсита и образованием вторичного аустенита. Изучено влияние термообработки с пред- варительным нагревом в МКИ или ПКИ на механические свойства стали марки 30ХМА [12]. Предварительный нагрев в МКИ проводили при 770 оС, а в ПКИ – при 650 в течение 2-х ч и пере- носили образцы в печь с температурой 850 оС. После кратковременной выдержки 1 и 5 мин их охлаждали в масле и отпускали при 200 оС (2 ч). Наиболее высокий уровень прочностных, плас- тических свойств и ударной вязкости получен после режимов термообработки, включающих пред- варительный нагрев и выдержку в МКИ или ПКИ. В качестве одной из причин повышения комплек- са свойств может быть, как уже отмечалось ранее, образование тонких прослоек аустенита по грани- цам мартенситных реек. Получение хорошего ком- плекса механических свойств в стали марки 20Х13 (σΒ = 1640 МПа, σ0,2 = 1420 МПа, δ = 14 %, ψ = 47 %, KCU = 1,6 МДж/м2) за счет термообработки, включа- ющей предварительный нагрев в ПКИ (650 оС, 1 ч), закалку ТВЧ и низкий отпуск, показано в работе [13]. В результате нагрева ТВЧ после выдержки в ПКИ происходит лишь частичное растворение карбидов в аустените. В участках, обогащенных углеродом и легирующими элементами, после закалки со- храняется мелкозернистая структура, формируется гетерогенная смесь мартенсита неоднородного по химическому составу, не растворившихся карбидов и остаточного аустенита (18-20 %), равномерно распределенного в структуре. Он метастабилен и при нагружении превращается в мартенсит. При оптимальном режиме термообработки имеет место наиболее благоприятное развитие деформационного мартенситного превращения. Оно сопровождается дополнительным упрочнением и одновременно релаксацией микронапряжений. Полученные пос- ле рассматриваемой термообработки комплекс механических свойств и износостойкость выше уровня, достигаемого после обычной закалки. Полученные данные позволяют заключить, что в ряде случаев целесообразно специально создавать �� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 микронеоднородность в распределении углерода и легирующих элементов при аустенитизации, а не выравнивать состав, как рекомендуется в настоящее время. В практике термической обработки широко ис- пользуется изотермическая закалка. В большинст- ве опубликованных работ, посвященных влиянию этой обработки на структуру и свойства сплавов, основное внимание уделяется бейниту, а роль метастабильного остаточного аустенита и его деформационное превращение не учитываются. Исследовали влияние режимов изотермической закалки на количество, степень стабильности оста- точного аустенита и механические свойства при кручении стали марок 6ХС, 60С2, 45ХН2МФА [14]. Закалка проводилась с нагревом на 870 оС и по- следующим охлаждением в селитровой ванне до 250, 300 и 350 оС с варьированием изотерми- ческих выдержек от 5 мин до 3 ч. Наибольшее количество остаточного аустенита в этих ста- лях сохраняется после непродолжительного пре- бывания (5-15 мин) образцов в соляной ванне при температурах 250-300 оС. Для некоторых ста- лей оно достигает ~ 25 %. При этом стабильность остаточного аустенита по отношению к мар- тенситному превращению значительно меньше таковой после других режимов изотермической обработки, что обуславливает максимальный при- рост мартенсита деформации при нагружении. Это- му соответствуют повышенный уровень прочнос- ти (τпч) и невысокая пластичность (g), хотя количе- ство остаточного аустенита наибольшее. С уве- личением времени выдержки при 250-300 оС его доля в структуре уменьшается и повышается степень стабильности. В результате мартенсит- ное превращение при испытании механических свойств протекает при более значительных сте- пенях деформации. Наиболее высокий уровень пластичности и ударной вязкости достигается при определенном количестве (8-15 %) остаточного аустенита и постепенном его превращении в мар- тенсит деформации при испытаниях свойств. Для каждой стали необходимо подбирать рациональ- ный режим изотермической закалки. Так, для стали марок 6ХС и 45ХН2МФА он соответствует закалке при 250 оС в течение 2-х ч. Для первой ста- ли получены следующие механические свойства: τ0,2 = 1130 МПа, τпч = 1710 МПа, g = 35 %, для вто- рой – τ0,2 = 870 МПа, τпч = 1380 МПа, g = 44 % [14]. Изучались также механические свойства стали марки 60С2 на растяжение после изотермической закалки, проведенной по следующему режиму: аустенитиза- ция при 870 оС, охлаждение в соляной ванне при 350 оС, выдержка в течение 10, 30 и 60 мин. Из полученных данных следует, что наиболее вы- сокая пластичность и повышенные прочностные свойства достигаются после изотермической вы- держки при 350 оС до 30 мин, когда количество остаточного аустенита в структуре составляет 17-20 % (σ0,2 = 729-772 МПа, σB = 1070-1094 МПа, δ = 10-28 %, ψ = 40-49 %). После испытания механических свойств на разрывных образцах в зоне равномерного удлинения доля его умень- шилась до ~ 10-12 %. Это свидетельствует о развитии динамического мартенситного превра- щения, обеспечивающего повышенную пластич- ность. Выдержка 60 мин приводит к увеличению количества бейнита и уменьшению остаточного аустенита в структуре до 7-10 %. В результате временное сопротивление и пластичность сни- жаются по сравнению с уровнем, полученным после выдержки 30 мин. Последнее обусловлено повышением стабильности аустенита и снижени- ем прироста мартенсита в процессе испытаний на растяжение. Соответственно, уменьшена возмож- ность релаксации напряжений. Обращает на себя внимание то обстоятельство, что количество и ста- бильность аустенита, обеспечивающие наиболь- шую пластичность при испытаниях на растяжение и кручение, различны. Это можно объяснить не- одинаковым уровнем напряжений при этих схемах нагружения. После изотермической закалки по оптималь- ному режиму в стали марки 60С2 может быть получен уровень прочностных свойств, который соответствует достигаемому в улучшаемых, при значительно более высокой чем у них пластичнос- ти [15]. Автором предложен способ изотермической закалки, включающий нагрев и выдержку в МКИ, который отличается тем, что перед охлаждением стали в бейнитный интервал проводят кратковре- менную аустенизацию с нагревом выше Ас3 [16]. Это делается для того, чтобы осуществить α→γ превращение, сохранить в аустените концентрацию легирующих элементов, созданную при нагреве в МКИ, и исключить в структуре после термообра- ботки феррит, снижающий прочностные свойства. При изотермической закалке высокопрочного чугу- на, как и в случае сталей, в подавляющем большин- стве работ не учитывается его влияние на свойства количества и степени стабильности аустенита. В работе [17] этот вопрос изучался применительно к чугуну марки ВЧ-50. Наиболее благоприятный уровень свойств был получен после термообра- ботки, включающей аустенитизацию при 900 оС и выдержку в селитровой ванне при 290 оС 60 мин (τ0,3 = 670 МПа, τпч = 940 МПа, g = 30 ), когда в струк- туре, наряду с нижним бейнитом, количество остаточного аустенита составляло 35 %, а прирост мартенсита при деформации кручением ~ 7 %. Получать бейнитно-аустенитную структуру целесо- образно не только для повышения механических �� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 свойств, но также абразивной и ударно-абразивной износостойкости [8, 18]. Объектом исследования являлась сталь марок 55С2, 6ХС и высокопрочный чугун марки ВЧ-50. Самый высокий уровень абразивной износостойкости достигается при получении в структуре наибольшего количества остаточного аустенита и наименьшей твердости. У стали марки 55С2 это обеспечивается изотер- мической закалкой от 870 оС с выдержкой в селитровой ванне при 350 оС, а у стали марки 6ХС – при 400 оС (выдержка в обоих случаях 10 мин). Полученный в структуре остаточный аустенит ме- тастабилен и почти полностью превращается в мар- тенсит деформации при абразивном воздействии, что подтверждают данные рентгеновского анализа. Режимы изотермической закалки, приводящие к уменьшению доли остаточного аустенита в структуре, вызывают снижение абразивной изно- состойкости, несмотря на возрастание твердости. Это обусловлено уменьшением прироста мартен- сита деформации или его отсутствием. Определение ударно-абразивной износостойкости после различ- ных режимов изотермической закалки показывает, что она, в отличие от абразивной, имеет наиболее низкий уровень после кратковременных выдержек при всех температурах изотермы и возрастает по мере увеличения продолжительности пребывания образцов в соляной ванне. При этом существенно уменьшается количество остаточного аустенита. Между тем, даже в малых количествах его следует иметь в структуре. В высокопрочном чугуне марки ВЧ-50 по- лучены те же закономерности влияния режимов изотермической закалки на количество аустенита, его стабильность и износостойкость, что и у рассмотренных сталей, но последняя значительно выше. Приведенные данные показывают, что по- лучение структуры, основными составляющими которой являются нижний бейнит, метастабильный остаточный аустенит (в ряде случаев наряду с ними – мартенсит и феррит), позволяет получить в сталях и чугуне высокий уровень механических свойств и износостойкости. Получить остаточный аустенит в структуре позволяет также ступенчатая закалка. Обычно она применяется для уменьшения уровня внутренних напряжений и, соответственно, снижения возмож- ности коробления и трещинообразования. В рабо- те [19] предложено использовать ступенчатую за- калку ряда хромомарганцевых сталей марок 10Х14 и 10Х14Г6 с целью получения в их структуре наряду с мартенситом остаточного метастабильно- го аустенита. В стали мартенситного класса мар- ки 10Х14 повышенный уровень механических свойств (σ0,2 = 1240 МПа, σВ = 1430 МПа, δ = 11 %, ψ = 36 %, КCU = 1,0 МДж/м2) достигается в резуль- тате ступенчатой закалки с 1000 оС и последу- ющей выдержки при 400 оС 1 ч, когда количество остаточного метастабильного аустенита в структуре составляло 27 %. В мартенситно-аустенитной стали марки 10Х14Г6 наибольшие значения механических свойств (σ0,2 = 1280-1360 МПа, σВ = 1630-1660 МПа, δ = 6-11 %, ψ = 4-19 %, КCU = 0,95-1,05 МДж/м2) по- лучены после ступенчатой закалки при 100 и 400 оС, когда количество остаточного аустенита составля- ло ~ 30 %. Положительный эффект ступенчатой закалки обусловлен более высоким упрочнением аустенита вследствие блокировки дислокаций при- месными атомами, диспергированием по этой же причине мартенсита охлаждения и оптимальным развитием деформационного мартенситного пре- вращения при испытании свойств. Отпуск (старение) является важным средст- вом регулирования количества и стабильности. После низкого отпуска, в основном, проявляется стабилизация аустенита (продолжительные вы- держки могут привести к противоположному эффекту), а после высокого − дестабилизация (крат- ковременные выдержки могут в ряде случаев стабилизировать аустенит) [20]. Аустенитная мета- стабильная сталь марки 120Г8Л после закалки от 1050 оС имеет абразивную износостойкость ε = 1,3 (за эталон принята сталь марки 110Г13Л). Отпуск при 650 оС 1 ч, дестабилизирующий аусте- нит за счет выделения карбидов, и, соответственно, активизирующий мартенситное превращение при абразивном воздействии, увеличивает абразив- ную износостойкость до ε = 1,5. При интенсивном ударно-абразивном воздействии износостойкость, составляющая ε = 0,9 после закалки, возрастает до ε = 1,1 после отпуска при 300 оС 1 ч, вызывающего стабилизацию аустенита [21]. Для повышения износостойкости сталей ши- роко применяется цементация. Общепринятым яв- ляется представление о том, что в поверхностном слое после ее проведения и последующей тер- мообработки необходимо обеспечить высокую твердость, которой соответствует структура от- пущенного высокоуглеродистого мартенсита и кар- бидов. В настоящее время преобладает точка зре- ния об отрицательной роли остаточного аустенита. Это является следствием недостаточной изучен- ности условий, при которых остаточный аустенит полезен. Показано, что наибольшая износостой- кость стали марок 18ХГТ и 12ХН3А достигается в случае, когда в структуре поверхностного слоя обеспечивается преимущественно аустенитная структура (≥ 50 %) [22]. Это достигается закалкой с цементационного нагрева без подстуживания, а также с повторного нагрева от 1000 оС (отпуск 180 оС, 1 ч). В этом случае прирост мартенсита деформации на изнашиваемой поверхности являет- �0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 ся наибольшим (≥ 40 %). Для повышения сопро- тивления абразивному изнашиванию цементи- рованных сталей термообработка должна быть направлена не на достижение высокой твердости, которая обеспечивается мартенситно-карбидной структурой, а на получение в поверхностном слое, наряду с мартенситом отпуска и карбидами, метастабильного аустенита, интенсивно превра- щающегося в мартенсит под воздействием аб- разивных частиц. В зависимости от условий на- гружения необходимо регулировать количество аустенита в структуре и степень его стабильности. C целью повышения абразивной износостой- кости за счет получения в структуре метастабиль- ного аустенита, целесообразно подвергать цемен- тации не только низкоуглеродистые стали, как это принято в настоящее время, но и среднеуглеродис- тые (марок 45, 40Х, 40ХН2МА, 65Г, 60С2), а также высокоуглеродистые (марок У8, 9ХС). Учитывая важную роль метастабильного аустенита в повыше- нии абразивной износостойкости, разработан но- вый класс цементируемых низкоуглеродистых марганцевых (≥ 4 % Mn) сталей (ЦНИМС), в поверхностном слое которых после цементации и термообработки обеспечивается получение ме- тастабильного аустенита, армированного карбидами и карбонитридами [23]. Примером таких марок стали являются: 08Г4АТФ, 08Г7АФ, 08Г10Х2АФ, 08Г(4-16)ТЮ, которые обладают хорошим сочета- нием прочностных свойств, пластичности и удар- ной вязкости, имеют повышенную прокаливаемость и могут применяться не только после низкого, но и высокого отпуска. Существенное влияние на упрочнение аусте- нита, его стабильность по отношению к деформа- ционным мартенситным превращениям и, соответ- ственно, свойства оказывают предварительная хо- лодная и теплая пластические деформации (ХПД и ТПД) [24]. В зависимости от режима их проведения они могут стабилизировать или дестабилизировать аустенит и неоднозначно влиять на свойства сталей. Если в сталях развитие динамических мартенсит- ных превращений не является оптимальным, то необходимо проводить предварительную де- формацию, корректирующую их в нужном на- правлении для существенного повышения свойств. Так, в аустенитной метастабильной стали мар- ки 04Х1ЗАГ8 с чрезмерно интенсивным мартенсит- ным превращением при нагружении деформация при 150 оС на 47 %, повышающая до определенного уровня стабильность аустенита, позволяет полу- чить хорошее сочетание механических свойств: σ0,2 = 1500 МПа, σВ = 1550 МПа, δ = 17 %. Напротив, в стали марки 10Х17АГ10 с повышенной ста- бильностью аустенита ХПД со степенью 35 %, приводящая к образованию 10 % α-мартенсита, и, соответственно, активизирующая образование мартенсита деформации при испытаниях меха- нических свойств, обеспечивает получение тех же прочностных свойств, что и в стали мар- ки 04Х1ЗАГ8, но при более высокой пластичнос- ти (δ = 27 %). Для оптимизации динамических мар- тенситных превращений необходимо предвари- тельной деформацией создать благоприятную дис- локационную структуру аустенита и обеспечить его упрочнение, а также дисперсность и равно- мерность распределения образующихся фаз (мар- тенсита и карбидов). После ТПД аустенитной стали марки 20Х13Г12 с обжатием 60 % при температурах 350 °С, обеспечивающей упрочнение аустенита и оптимизацию динамического мартен- ситообразования, получены следующие механи- ческие свойства: σ0,2 = 1400 МПа; σВ = 1600 МПа; δ = 25 %; ψ = 40 %; КСU = 1,5 МДж/м2. Поскольку ТПД не всегда можно осуществить, предложили способ упрочнения аустенитных метастабильных сталей, включающий после закалки двукратную ХПД с промежуточным кратковременным без- рекристаллизационным нагревом. Первая ХПД про- водится с обжатием 30-50 %, в результате которой образуются α″- и ε-фазы. Степень деформации огра- ничивается условием предупреждения трещин. Так, в метастабильной аустенитной стали марки 10Х16Г12 после ХПД с обжатием 40 % получены следующие механические свойства: σ0,2 = 1490 МПа, σВ = 1510 МПа, δ = 5,5 %. Последующий кратко- временный нагрев до температур 650-750 °С обес- печивает завершение перехода мартенситных фаз в аустенит. При этом исключается протекание ре- кристаллизации. После охлаждения образуется ау- стенитная структура с повышенной плотностью ди- слокаций и следующими свойствами: σ0,2 = 988 МПа, σВ = 1430 МПа, δ = 31 % (в то время как после обычной закалки от 1100 оС – σ0,2 = 450 МПа, σВ = 1100 МПа, δ = 48 %). Окончательная деформа- ция проводится с обжатием ≤ 20-25 % для оптимиза- ции развития деформационных мартенситных пре- вращений. Такая механико-термомеханическая об- работка (МТМО) позволяет получить при той же прочности, что и после однократной ХПД (σ0,2 = 1470 МПа, σВ = 1600 MПa), повышенную пластичность (δ = 22 %). Положительный эффект МТМО обусловлен формированием в аустените благоприятной дислокационной структуры, ее на- следованием мартенситными фазами, образующи- мися при заключительной деформации, их боль- шой дисперсностью и равномерностью распреде- ления в структуре. Рассмотренные выше спосо- бы упрочнения применимы к сталям аустенит- ного класса. Для повышения свойств углеродистых, низко- и среднелегированных сталей перлитного, бейнит- �0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�0 �1МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 ного и мартенситного классов перспективной яв- ляется реализация предложенного автором прин- ципа, согласно которому необходимо получить в сталях многофазную структуру, одной из состав- ляющих которой является метастабильный аусте- нит, упрочнять его, частично превращая в мартен- сит с таким расчетом, чтобы оставшееся количе- ство аустенита могло претерпевать динамическое мартенситное превращение при нагружении. Разра- ботанные комбинированные способы упрочнения, сочетающие термообработку и деформацию, про- водимые по различным режимам и в разнообразных сочетаниях, позволяют получить высокий уровень прочностных свойств при достаточной пластич- ности и износостойкости [25]. Об эффективности повышения свойств стали и чугуна за счет полу- чения в их структуре метастабильного аустенита свидетельствуют внедренные нами способы упроч- нения различных быстроизнашивающихся дета- лей дробильно-размольного оборудования, кла- панов распределительной коробки гидропресса, пневмозубил, роликов и звеньев конвейера чугу- норазливочной машины, крановых колес и дру- гих, обеспечивающих значительное ресурсосбе- режение [26]. При этом во многих случаях доста- точно лишь изменить в применяемой техно- логии режимы проведения отдельных операций. Выводы 1. Получение в структуре сталей и чугунов, наряду с другими составляющими, метастабильно- го аустенита позволяет использовать их внутрен- ний ресурс для существенного повышения меха- нических свойств и износостойкости, а, соответ- ственно, долговечности деталей и инструмента, изготовленных из них, сокращения расходов на их изготовление. 2. Количеством и стабильностью аустенита в структуре необходимо управлять, оптимизируя их за счет режимов обработки с учетом исход- ных химического и фазового составов, а также условий испытаний или эксплуатации. Наряду с динамическими мартенситными превращениями, протекающими при нагружении, необходимо ис- пользовать различные механизмы упрочнения и сопротивления разрушению. 3. Для получения метастабильного аустенита, его упрочнения и управления его количеством, стабильностью и характером распределения мо- гут быть использованы широко применяемые в промышленности способы обработки. Во многих случаях достаточно лишь изменить в них режимы проведения отдельных операций, отступив от общепринятых представлений. ЛИТЕРАТУРА 1. Иванова В. С. Синергизм механических свойств и экстремальных технологий управления структу- рой материала // Металлы. – 1992. – № 2. – С. 11-20. 2. Малинов Л. С. Аналогия некоторых принципов, лежащих в основе адаптации живых организмов и сплавов с метастабильным аустенитом, в которых реализуется эффект самозакалки при нагружении, а также разработка техноло- гий на этой основе // Строительство, материаловедение, машиностроение. – Днепропетровск: ПГАСиА, 2002. – Вып. 15, ч. 1. – С. 79-83. 3. Богачев И. Н., Минц Р. И. Кавитационное разрушение железоуглеродистых сплавов. – М., Свердловск: ГНТИ Машиностроительной литературы, 1959. – 110 с. 4. Богачев И. Н., Малинов Л. С., Минц Р. И. Новые кавитационностойкие стали для гидротурбин и их термообработка. – М.: НИИИНФОРМТЯЖМАШ, 1967. – 47 с. 5. Малинов Л. С. Кинетика образования эпсилон-фазы в легированных железомарганцовистых сплавах: Дис. … канд. техн. наук. – Свердловск, 1963. – 144 с. 6. Малинов Л. С., Эйсмондт Т. Д. Влияние предварительной пластической деформации на кавитационную стойкость хромомарганцевых сталей // ФХММ. – 1968. – Т. 4, № 6. – С. 691-696. 7. Малинов Л. С. Разработка экономно легированных высокопрочных сталей и способов упрочнения с использовани- ем принципа регулирования мартенситных превращений: Дис… докт. техн. наук. – Екатеринбург, 1992. – 381 с. 8. Малинов Л. С., Малышева И. Е. Повышение абразивной и ударно-абразивной сталей и чугунов за счет получения метастабильного аустенита // IX Междунар. науч.-техн. конгресс термистов и металловедов. – Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2008. – С. 44-49. 9. Малинов Л. С. Влияние остаточного аустенита, полученного при закалке сплавов с использованием высококонцентрированных источников энергии, на износостойкость: Тез. докл. // Междунар. науч.-техн. конф. «Университетская наука – 2008». – Мариуполь: ПГТУ, 2008. – С. 97-98. 10. Крапошин В. С. Влияние остаточного аустенита на свойства сталей и чугунов после поверхностного оплавления // МиТОМ. – 1994. – № 3. – С. 2-5. 11. Малинов Л. С., Чейлях А. П. Структура и свойства Fe-Cr-Mn сталей после закалки с предварительным нагревом в межкритический интервал температур // Там же. – 1990. – № 6. – С. 45-47. 12. Малинов Л. С., Якушечкина Л. И., Чейлях А. П. Механические свойства стали марки 30ХМА после закалки и низкого отпуска с предварительным нагревом в межкритическом интервале температур и/или улучшением // Там же. – 1993. – № 10. – С. 7-9. �� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009�� ��МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 МЕТАЛЛ И ЛИТЬЕ УКРАИНЫ 7-8’2009 L. Malinov Getting metastable austenite and optimization of its quantity and stability in the steel and iron In the work the results of researches author with employees on creation in steels and cast-irons along with other structures metastable austenite, which transforming in the loading to martensite, and also methods of control its amount, stability degree and distribution character are generalized. It’s allow substantially to increase mechanical properties and wear-resistance of alloys different structural classes and setting by using its internal resource. Summary Л. с. Малінов Отримання метастабільного аустеніту та оптимізація його кількості та стабільності в сталях і чавунах Узагальнено результати досліджень автора із співробітниками по створенню в сталях і чавунах разом з іншими структурами метастабільного аустеніту, що перетворюється при навантаженні в мартенсит, а також способи управління його кількістю, мікроструктурою, стабільністью і характером розподілу. Це дозволяє суттєво підвищити механічні властивості і зносостійкість сплавів різних структурних класів і призначення, використовуючи їх внутрішній ресурс. Анотація сталь, чугун, метастабильный аустенит, термообработка, мартенситное превращение, закалка, деформация Ключевые слова 13. Малинов Л. С., Чейлях А. П., Лейко Н. Г. Повышение долговечности клапанов из стали марки 20Х13 высокотемператур- ной скоростной закалкой // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 1993. – № 3. – С. 27-29. 14. Малинов Л. С., Чейлях А. П., Харланова Е. Я. Влияние изотермической закалки на количество, стабильность остаточного аустенита и свойства конструкционных сталей // МиТОМ. – 1989. – № 12. – С. 12-15. 15. Малинов Л. С., Малышева И. Е., Дмитрук О. М. Получение метастабильного остаточного аустенита в структуре стали марки 60С2 для повышения ее свойств: Тез. докл. // XI регион. науч.-техн. конф. – Мариуполь: ПГТУ, 2003. – Т. II. – С. 60-61. 16. Пат. № 5113 України, MKI С21D 1/18. Cnociб термообробки сталі / Л. С. Малінов. – Опубл. 15.11.02, Бюл. № 11. 17. Малинов Л. С., Чейлях А. П., Малинов В. Л. Влияние изотермической закалки на свойства и структуру высокопрочного чугуна // МиТОМ. – 1992. – № 10. – С. 27-29. 18. Малинов Л. С. Влияние остаточного аустенита на износостойкость стали и высокопрочного чугуна при сухом трении // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 1997. – № 4. – С. 46-49. 19. Малинов Л. С., Чейлях А. П. Влияние марганца и термообработки на структуру и свойства сталей на основе (%) 0,1 Fе – 14 Сr // Изв. вузов. Чер. металлургия. – 1983. – № 6. – С. 83-86. 20. Малинов Л. С. Повышение свойств сталей и высокопрочного чугуна получением в их структуре метастабильного аустенита и реализацией эффекта самозакалки при нагружении // МиТОМ. – 1978. – № 8. – С. 10-15. 21. Малинов Л. С., Малинов В. Л. Износостойкие марганцовистые сплавы (4-10 % Mn) с эффектом самозакалки при нагружении и управление количеством и стабильностью аустенита в них для повышения свойств // Оборудование и технологии термической обработки металлов и сплавов. – Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2008. – С. 44-49. 22. Малинов Л. С., Малинова Е. Л., Харланова Е. Я. Повышение абразивной износостойкости цементированных сталей марок 18ХГТ и 12ХМ3А за счет получения метастабильного аустенита // Металлы. – 1993. – № 2. – С. 108-111. 23. Малинов Л. С. Влияние термообработки на фазовый состав, структуру и свойства цементуемых низкоуглеродистых марганцевых сталей // Металлургическая и горнорудная пром-сть. – 2000. – № 3. – С. 40-48. 24. Малинов Л. С. Стали и чугуны с метастабильным аустенитом и эффектом самозакалки при нагружении – разновидность адаптационных материалов, повышающих свои свойства при внешнем воздействии за счет самоорганизации структуры // Металл и литье Украины. – 2003. – № 11-12. – С. 3-8. 25. Малинов Л. С. Повышение свойств сталей комбинированными обработками, предусматривающими получение в их структуре, наряду с другими составляющими, повышенного количества метастабильного аустенита и его упрочнение // Металл и литье Украины. – 2008. – № 3-4. – С. 10-16. 26. Малинов Л. С., Малинов В. Л. Экономно легированные сплавы с мартенситными превращениями и упрочняющие технологии. – Харьков: ННЦ «ХФТИ», 2007. – 352 с.

Схожі ресурси