Особенности строения и свойства закаливаемых на мартенсит конструкционных азотсодержащих сталей после термомеханической обработки

• Автор: Хадеев, Григорий Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.16.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
1 .Аналитический обзор литературы
1.1 ТМО конструкционных сталей
1.1.1 Основные применяемые схемы ТМО
1.1.2 Структурные изменения во время горячей деформации
1.1.3 Особенности процессов отпуска
1.2. Легирование сталей азотом
1.2.1 Азот как легирующий элемент
1.2.2 Диаграммы железо-азот и железо-углерод
1.2.3 Методы введения азота в сплав
1.2.4 Физико-химические основы растворов азота в металлах
1.2.5 Влияние дополнительного легирования на растворимость азота в сплавах железа
1.2.6 Эффективность легирования сталей азотом в том числе за счет совместного введения С и N
1.2.6.1 Различия во влиянии углерода и азота на структуру сталей
1.2.6.2 Влияние введения азота на свойства сталей
1.2.7 Соединение азота с металлами
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКИ ИССЛЕДОВНАНИЙ
2.1. Изучение фазового состава с помощью политермических разрезов диаграмм фазовых равновесий
2.2. Выбор химического состава, выплавка и обработка исследуемых сплавов
2.3 Термическая и термомеханическая обработки
2.3.1 Термическая обработка
2.3.2 ВТМО с деформацией продольной прокаткой
2.3.3 ВТМО с деформацией радиально-сдвиговой прокаткой
2.4 Методики испытаний и исследований
3.РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Влияние азота на структурные процессы, происходящие при горячей и теплой деформации в цикле ТМО и свойства высоколегированных сталей
3.1.1 Диаграммы фазовых равновесий и положение существования фаз в сталях различных основных систем легирования
3.1.2 Горячая деформация сжатием и структура горячедсформированного аустенита азотсодержащих сталей
3.1.3 Процессы отпуска и старения аустенита
3.1.4 Теплая деформация и деформационное старение аустенита
3.1.5 Влияние термической и ТМО по различным режимам на твердость азотсодержащих сталей

3.2.1 Выбор параметров термической и термомеханической обработок
3.2.2. Изменение структуры и свойств при отпуске после закалки и ВТМОЮ
3.2.3 Сопротивление теплой деформации и деформационное старение после закалки и ВТМО
3.2.4 Структура, механические и специальные свойства сталей в высокопрочном состоянии после ВТМО по различным режимам
Общие выводы
Список использованных источников
Приложение
Приложение

ВВЕДЕНИЕ
Развитие таких отраслей техники, как машиностроение требует резкого повышения качества металла, уровня служебных характеристик и надёжности изделий. Прогресс в ряде областей современной техники в значительной мере определяется возможностями создания высокопрочных конструкционных сталей с достаточной, для практического использования, прочностью и пластичностью. Стали, обладающие вышеперечисленными характеристиками, подлежат специальной термической или термомеханической обработке, благодаря чему получается уровень свойств, недостижимый для низко- и среднелегированных сталей без соответствующей обработки. В современной металлургии одной из важнейших проблем является получение необходимых механических свойств, прежде всего сочетания прочности и пластичности, путём проведения термической или термомеханической обработки для стали с данным химическим составом с наименьшими затратами на производство. Оптимальная термическая обработка является решением проблемы получения высокопрочного состояния стали без дополнительного введения дорогостоящих легирующих элементов. В результате такой термической и термомеханической обработки снижается масса металла в металлоконструкциях, благодаря улучшению комплекса механических свойств, увеличивается срок эксплуатации изделий.
Другим эффективным способом повышения качества металла является легирование азотом. Введение его в сталь даже в небольших количествах позволяет получить комплекс таких свойств как высокая прочность, ударная вязкость и коррозионная стойкость.
Азот - недефицитный элемент, а если не использовать высокие сверхравновесные концентрации, то азотсодержащие стали можно выплавлять обычным способом в электропечах без высокого давления. Азотсодержащие стали - это, как правило, легированные и высоколегированные стали, обычно с повышенным содержанием хрома и других нитридообразующих элементов. Для таких сталей эффективно применение термомеханической обработки.
температура расплава после введения всего азота должна поддерживаться в пределах 1470-1530°С;
- в связи с необходимостью поддержания невысокой и равномерной температуры металла в ванне сплавы хрома и марганца присаживают небольшими порциями. Сначала на плавке присаживают безазотистые сплавы, обеспечивая максимально возможное предварительное легирование металла хромом и марганцем, затем азотированный феррохром и последним -азотированный марганец. При наличии в составе стали ванадия азот частично присаживают в металл после легирования ванадием;
-для лучшего усвоения азота металл активно раскисляют;
-для раскисления расплава после присадки в него азота не следует применять сильные нитридообразующие элементы (алюминий, титан);
-при проплавлении ферросплавов содержание кремния не должно снижаться менее 0,15%.
1.2.4 Физико-химические основы растворов азота в металлах
Влияние азота на сталь подобно влиянию углерода. Однако, железо в жидком состоянии поглощает азот сравнительно слабо (0,02 - 0,04 % массовых долей при 1600 °С), поэтому нелегированные и низколегированные стали с азотом не нашли применения. В присутствии хрома поглощение азота расплавленным металлом значительно возрастет и достигает 0,2 % массовых долей при 18 % массовых долей Сг [70]. При попытке введения больших количеств азота (более 0,6 % массовых долей), сталь при затвердевании обнаруживает склонность к выделению газообразного азота [53]. Обычно азот вводят в сталь при выплавке в виде азотированного феррохрома.
Поглощение азота расплавленным металлом подчиняется закону Сивертса [71]. При обычной выплавке в открытой печи концентрация азота, в соответствии с формулой (1), составит 0,039 % массовых долей (парциальное давление азота в воздухе р№ = 0,079 МПа).
Различие в химическом сродстве элементов к азоту определяет также