Особенности превращения аустенита низкоуглеродистых мартенситных сталей, предназначенных для термоупрочненных массивных изделий

• Автор: Каменских, Алексей Павлович
• Шифр специальности: 05.02.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 155 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Аналитический обзор
1.1. Полиморфное у-»сс превращение в конструкционных сталях
1.2. Мартенситное превращение
1.2.1. Механизм и кинетика мартенситного превращения
1.2.2. Влияние углерода и легирующих элементов на мартенситное превращение
1.2.3. Влияние напряжений и деформации на мартенситное превращение
1.2.4. Процессы отпуска в сталях с мартенситной структурой
1.2.5. Структура и механические свойства мартенсита
1.3. “Промежуточное” превращение
1.3.1. Механизм и кинетика бейнитное превращения
1.3.2. Влияние углерода и легирующих элементов на бейнитное превра-
щение
1.3.3. Влияние исходного состояния аустенита на бейнитное превращение
1.3.4. Структура и механические свойства бейнита
1.4. Свойства конструкционных сталей, применяемых для изготовления
изделий большого сечения
1.4.1. Механические свойства
1.4.2. Технологические свойства
1.4.3. Низкоуглеродистые мартенситные стали
1.5. Постановка цели и задач исследования
ГЛАВА 2. Материал и методики исследований
2.1. Материалы исследований
2.2. Методики исследований
2.2.1. Методика магнитометрических исследований
2.2.2. Методика металлографических исследований
2.2.3. Методика электронно-микроскопических исследований
2.2.4. Методика дюрометрических исследований
2.2.5. Методика испытания на одноосное растяжение
2.2.6. Методика испытаний на ударный изгиб
2.2.7. Методика электроннофрактографических исследований
2.2.8. Методика испытаний на ударный изгиб при отрицательных температурах
ГЛАВА 3. Исследование механизма и кинетики фазовых превращений НМС
в изотермических условиях
3.1. Исследование кинетики превращений
3.2. Исследование структуры
3.3. Исследование характеристик механических свойств
3.4. Выводы по главе
ГЛАВА 4. Исследование у—>а превращения НМС при непрерывном
охлаждении
4.1. Исследование кинетики превращений
4.2. Исследование структуры
4.3. Исследование характеристик механических свойств
4.4. Исследование хладостойкости
4.5. Выводы по главе
ГЛАВА 5. Принципы получения структуры пакетного мартенсита при
медленном охлаждении низкоуглеродистого аустенита
ГЛАВА 6. Промышленное опробование стали 12Х2Г2НМФБ
для изделий большого сечения
6.1. Стали, применяемые для изготовления изделий большого сечения
6.2. Разработка технических условий для стали 12Х2Г2НМФБ
6.3. Технология изготовления термоупрочненных заготовок
роторного колеса из стали 12Х2Г2НМФБ
6.4. Выводы по главе
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение, сложившееся в условиях современного рынка, требует высокоэффективных, надежных и относительно дешевых материалов, сочетающих в себе высокий уровень конструкционной прочности, надежности и технологичности. Одним из главных направлений решения этой задачи является создание рационально легированных конструкционных сталей и новых технологий, обеспечивающих получение заданного комплекса свойств при минимальных затратах. Это особенно важно для тяжелонагруженных крупногабаритных длинномерных изделий и сварных конструкций, требующих от материала сочетание высокого уровня прочности, пластичности, ударной вязкости и низкой склонности к хрупкому разрушению равных (одинакового уровня значений) по всей длине и толщине. Основным и самым простым способом обеспечения высокого уровня прочности (<тв ~ 800 - 1300 МПа) является проведение термоупрочняющей обработки с формированием структуры мартенсита с последующим отпуском.
В настоящее время для изготовления тяжелонагруженных крупногабаритных изделий применяют среднеуглеродистые стали перлитного (30ХГСА, 38ХМ) и бей-нитного (38ХНЗМФА, 12Х2Н4ВА) классов. Однако в силу низкой прокаливаемости, определяющейся малой устойчивостью переохлажденного аустенита в области “нормального” и “промежуточного” превращения в этих сталях, для' обеспечения формирования структуры мартенсита возникает необходимость ускоренного охлаждения в жидкие закалочные среды. Повышенное содержание углерода (0,2 - 0,4 %) и ускоренное охлаждение приводит к появлению значительных термических и структурных напряжений, которые вызывают коробление, повышают склонность к хрупкому разрушению или - к образованию трещин. Поэтому для изготовления точных термоупрочненных (ав = 1000-1300 МПа) изделий и сложных сварных конструкций из традиционных среднеуглеродистых сталей необходимо специализированное дорогостоящее оборудование для реализации сложной технологии контролируемого охлаждения, правки, а также экологически вредные закалочные среды (минеральные масла, щелочи, техническая вода) и т.д. Высокий комплекс свойств, в принципе, можно обеспечить за счет формирования бейнитной структуры при охлаждении на воздухе. Однако присутствие в структуре крайне неоднородного верхнего бейнита, снижает характеристики прочности и резко усиливает склонность к хрупкому разрушению, повышает
то время как, структура реечного мартенсита дает 1,9 МДж/м2 и Т3о = -80°С, соответственно [150].
Таким образом, бейнитное превращение, являющееся “промежуточным” не только по температурам протекания, но и по механизму, между нормальным и мар-тенситиым превращениями. При промежуточном превращении на сдвиговой характер перестройки решетки активно накладываются процессы перераспределения атомов углерода и релаксации напряжений, что в итоге приводит к формированию структуры бейнита, различной по морфологии и крайне не однородной по фазовому составу, что не может не отразиться на комплексе характеристик механических свойств. Так стали, обработанные на структуру верхнего бейнита, характеризуются низкой прочностью и ударной вязкостью, высокой критической температурой хрупкости. Структура нижнего бейнита имеет более высокий уровень конструкционной прочности. Однако при малых скоростях охлаждения, например на спокойном воздухе, в изделиях большого сечения из сталей бейнитного класса в различных участках сечения, охлаждающихся с различными скоростями, формируется бейнит разной морфологии и состава (а-фазы, карбидов и остаточного аустенита), что не может не сказаться отрицательно на свойствах стали, особенно на значениях ударной вязкости и критической температуры хрупкости.
1.4. Свойства конструкционных сталей, применяемых для изготовления изделий большого сечения.
Условия реализации превращений в изделиях большого сечения существенно отличаются от превращений, протекающих в изделиях малого размера. Так, возможность газонасыщенности, металлургической неоднородности, наличия градиента температур по сечению и, как следствие, неодновременности структурных превращений, приводящих, в конечном итоге, к сложной схеме распределения напряжений. Указанные факторы, а также макро- и микроликвации, возникновение высоких сжимающих напряжений в центре заготовок, влияющих на превращение переохлажденного аустенита, обуславливают особенности термической обработки крупных поковок, не характерных для термической обработки мелких изделий.