Высокопрочные стали

Классификация высокопрочных сталей

Чтобы достичь высокой конструктивной прочности в стали должны сочетаться высокое сопротивление хрупкому разрушению и высокая прочность. Все высокопрочные стали делятся на:

1. Трип-стали.
2. Мартенситностареющие стали.
3. Среднеуглеродистые комплексно-легированные стали.

Трип-стали

Чтобы получить необходимый набор свойств сначала проводится рекристаллизация с последующим охлаждением с такой скоростью, которая позволяет подавить диффузию углерода. Для снятия напряжений структура некоторое время выдерживается при определенной температуре.

Примерный химический состав трип - сталей выглядит следующим образом:

• углерод 0,2-0,3 %,
• кремний до 2 %,
• хром от 8 до 14 %,
• никель от 8 до 32 %,
• марганец от 0,5 до 2,5 %,
• молибден от 2 до 6 %.

Прочность данных сталей составляет от 1500 до 1700 мегапаскалей, пластичность от 35 до 60 %, а предел выносливости около 1. Химический состав трип-сталей подбирается таким образом, чтобы в их структуре после процесса закалки образовался гомогенный аустенит с растворенными в нем легирующими составляющими. В качестве термической обработки трип-стали производится закалка при температуре от 980 до 1200 градусов по Цельсию, с целью растворения легирующих элементов в аустените. Эффект упрочнения трип-сталей связан с пластической деформацией при температуре от 250 до 600 градусов по Цельсию. Во время процесса закалки наклеп металла дополняется карбидным упрочнением, а именно выделением карбидов, которые растворены в аустените. Аустенит объединяется с углеродом и легирующими составляющими, поэтому становится метастабильным. Последующая деформация становится причиной мартенситного превращения, в результате которого образуется мартенсит деформации, что сопровождается увеличением прочности сплава.

Если к образцу трип-стали приложить растяжение, то при определенной деформации в месте максимальной нагрузки аустенит превращается в мартенсит - шейка образовываться не будет, а нагрузка перетекает на соседние участки, где процесс повторится. Таким образом предел текучести трип-стали увеличивается, как и предел прочности.

Процесс изготовления деталей из трип-сталей очень сложный. В первую очередь сложность связана с требуемой точностью параметров технологического процесса, сложностью и дороговизной используемого оборудования, точностью химического состава готовых деталей. Детали из трип сталей используются в машиностроении, авиастроении, автомобилестроении и других областях современной промышленности.

Мартенситностареющие стали

В мартенситностареющих сталях содержится от 8 до 24 % никеля, кобальта от 8 до 12 %, молибдена от 3 до 6 %, алюминия 1-2 %, титана 1-2 % и другие добавки. Высокая прочность данных сталей обусловлена тем, что процесс старения происходит в безуглеродистом мартенсите - содержание углерода менее 0,3 %, который в первоначальном, не состаренном состоянии обладает высокой пластичностью и относительно небольшой прочностью. Упрочнение стали осуществляется в процессе старения и обусловлено предвыделением и образованием высокодисперсных интерметаллидных фаз, которые когерентно связаны с матрицей. В мартенситностареющих сталях углерод является вредной составляющей, потому что его наличие, сопровождается образованием карбидов вместо интерметаллидных фаз, в том числе по границам зерен, что способствует уменьшению вязкости, пластичности и эффекта интерметаллидного упрочнения.

В машиностроительном и металлургическом производстве мартенситностареющие стали обладают высоким уровнем технологичности. В закаленном состоянии мартенсит данных сталей пластичен и может подвергаться обработке ревущим инструментом, различным видам деформации и другим методам механической обработки.

Ряд лабораторных исследований установлено, что оптимальное сочетание пластичности, прочности мартенситностареющей стали достигается при следующих условиях:

• содержание никеля 9-18 %,
• содержание кобальта 4-6 %,
• содержание молибдена 4-6 %,
• содержание титана 0,5-1 %.

Мартенситностареющие стали с повышенным содержанием никеля - от 21 до 23 % приобретают елинварные свойства, то есть упругие свойства сплава практически никак не зависят от температуры. Особое сочетание свойства мартенситностареющих сталей позволяет решить большое количество технических задач в криогенной технике, авиации, судостроении, ракетостроение и других областях промышленности.