WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

Представлены методы исследований и экспериментов. Основные исследовательские методы включали металлографический (Neophot-32) и электронно-микроскопический анализ (ЭМ-125) структуры. Фазовые превращения изучали дилатометрическим (дифференциальный дилатометр Шевенара), магнитометрическим (модернизированный анизометр Акулова с автоматизированной системой регистрации результатов измерений) и калориметрическим ДСК (дифференциальный сканирующий калориметр STA 449 C Jupiter) методами. Рентгеновский анализ проводили на приборе ДРОН-3М. Послойный химический анализ – методом оптической эмиссионной спектрометрии (спектрометр LECO SA – 2000) и микрорентгеноспектральным методом (сканирующий электронный микроскоп Hitachi S-3400N с приставкой Bruker 133 kV). Испытания на одноосное растяжение проводили в соответствии с ГОСТ 1497–84 на машине INSTRON 300 LX. Ударную вязкость (KCU, KCV, KCT) определяли согласно ГОСТ 9454–78 на маятниковом копре ИО 5003–0.3, удельную работу разрушения образцов с трещиной при изгибе и критический коэффициент интенсивности напряжений– на универсальной испытательной машине INSTRON 8801. Микродюрометрические исследования – на микротвердомере ПМТ – 3, твердость – на твердомерах Роквелла и Бринелля. Кинетику диффузионного насыщения описали при предположении постоянства коэффициента диффузии и выполнения уравнения Аррениуса. Коррозионные испытания проводили по ГОСТ 9.308–85, результаты оценивали по ГОСТ 9.311–87.

Рисунок 1 – Тонкая структура пакетного мартенсита НМС 12Х2Г2НМФБ

Третья глава «Структура и свойства термоупрочненной низкоуглеродистой мартенситной стали». Рассмотрены закономерности фазовых и структурных превращений в низкоуглеродистых мартенситных сталях. В исходном состоянии структура исследованных НМС – пакетный мартенсит, рисунок 1. Существенным отличием между исследованными сталями в исходном состоянии является размер зерна аустенита d. Стали имели следующие значения d: 7 мкм у НМС 12Х2Г2НМФБ, 11 мкм у 17Х2Г2Н, 14 мкм у 07Х3ГНМ.

Значения критических температур, определенные дилатометрическим магнитометрическим и ДСК методами для идентичных условий экспериментов не отличались более чем на 20 оС. Температура начала –превращения для всех исследованных сталей находятся на одном уровне 700-720 оС.

Для стали с невысоким содержанием углерода (07Х3ГНМ) характерна наибольшая температура Мн=500 оС. Мартенситное превращение близкой по составу, но отличающейся большей концентрацией углерода стали 17Х2Г2Н начинается на 100 оС ниже. Наименьшая температура Мн=360 оС была у НМС 12Х2Г2НМФБ, что обусловлено понижением температуры мартенситного превращения по мере повышения содержания в твердом растворе легирующих элементов.

Изотермический распад низкоуглеродистого аустенита сталей 07Х3ГНМ и 17Х2Г2Н, не содержащих сильных карбидообразующих элементов, протекает в двух температурных областях. Выше 600 оС распад реализуется по нормальному механизму с образованием феррита и карбидов. Инкубационный период нормального (0) превращения стали 17Х2Г2Н сравним с 0 НМС 07Х3ГНМ и составляет около 70 мин (5 % -фазы). Ниже 420 оС превращение проходит по мартенситному механизму с изотермической кинетикой.

Изотермические выдержки до 8 ч переохлажденного аустенита НМС 12Х2Г2НМФБ в области нормального и промежуточного превращений, не приводят к образованию магнитных фаз. На диаграмме, рисунок 2, присутствует только область сдвигового изотермического превращения.

Рисунок 2 – Диаграмма изотермического превращения аустенита НМС 12Х2Г2НМФБ

Итак, добавки небольшого количества ванадия и ниобия в сталь, содержащую хром, марганец, никель и молибден, значительно увеличивает инкубационный период диффузионных фазовых превращений в НМС, также как рост отношения (хром + марганец) / углерод способствует подавлению бейнитной реакции благодаря увеличению энергии активации (снижению подвижности атомов углерода в аустените).

Результаты исследований методом ДСК фазовых превращений при непрерывном нагреве НМС хорошо согласуются с дилатометрическими и анизометрическими данными, полученными в одинаковых условиях. Наличие нескольких пиков на кривых в области –превращения, рисунок 3, связано со сменой механизма превращения.

(а)

(б)

Рисунок 3 – ДСК кривые, полученные при нагреве образцов из стали 07Х3ГНМ (а) и 12Х2Г2НМФБ (б)

Чем выше отпускоустойчивость, тем большая доля -фазы сохраняет реечную морфологию в процессе нагрева и переходит в аустенит по сдвиговому механизму «из кристалла в кристалл», а затем превращение продолжается как диффузионное. Поэтому наибольшая степень раздвоения наблюдается на кривых ДСК, построенных при нагреве стали 07Х3ГНМ, у которой в процессе нагрева большая доля –фаза принимает полиэдрическую структуру, и наименьшая – у стали 12Х2Г2НМФБ.

После горячей деформации (ГД) с охлаждением на воздухе структура пакетного мартенсита, обеспечивает характеристики: прочность (в) - 1230 МПа, относительное удлинение 19 %, ударную вязкость (КСV) - 0,65 МДж/м2, таблица 1. Повышение характеристик вязкости и трещиностойкости в 1,5–2 раза, после дополнительной закалки происходит за счет измельчения структурных составляющих стали при перекристаллизации.

Закалка после горячей пластической деформации не повлияла на значение Кс, таблица 1, но работа разрушения увеличивается почти в 2 раза. В процессе нагружения образца, закаленного на воздухе с температуры ковки, при достижении критического коэффициента интенсивности напряжений происходит скачкообразный рост трещины. Снижение упругих напряжений при раскрытии трещины тормозит ее продвижение, при достижении очередного критического уровня концентрации напряжений трещина страгивается вновь и процесс разрушения продолжается по этому же механизму. Остановку и скачкообразное раскрытие трещины наблюдали при изгибе до 3-5 раз. Излом мелкозернистый, матовый, вязкий с большими скосами и развитой поверхностью

Кривая “нагрузка–прогиб”, полученная при распространении трещины в повторно закаленных после ГД образцах, после достижения наибольшего значения нагрузки является строго монотонно убывающей. Вид кривой разрушения свидетельствует о протекании в процессе разрушения релаксации напряжений пластической деформацией в устье трещины. Такую кривую характеризует большая работа разрушения, вязкий излом, значительные губы среза.

Таблица 1 – Механические свойства НМС 12Х2Г2НМФБ.

Термическая обработка

в

0,2

KCU

KCV

KCT

Ар

Кс

МПа

%

МДж/м2

МПам1/2

Закалка на воздухе с температуры ковки

1230

900

19

59

1,00

0,65

0,27

0,21

139

Закалка на воздухе с температуры прокатки + закалка 980 оС, 1 ч, воздух

1300

1030

16

63

1,5

0,82

0,57

0,39

140

Наибольшие значения конструкционной прочности сталей достигают после закалки и отпуска. Для стали со структурой низкоуглеродистого пакетного мартенсита интервал температур отпускной хрупкости I рода смещен в высокотемпературную область по сравнению со среднеуглеродистыми сталями. Особенности структуры пакетного мартенсита обеспечивают высокую отпускоустойчивость. Предел прочности закаленной на воздухе стали 12Х2Г2НМФБ сохраняется на уровне 1200-1270 МПа до температуры отпуска 550 оС. Наилучший комплекс свойств НМС, характеризующих конструкционную прочность достигнут после закалки и отпуска 250 оС: в = 1300 МПа, 0.2 = 1065 МПа, КСU = 1,60 МДж/м2, КСV = 0,92 МДж/м2, КСT = 0,52 МДж/м2.

Повышение температуры отпуска до 650 оС приводит к разупрочнению до В=1000-1050 МПа. Характеристики пластичности слабо зависят от температуры отпуска и сохраняют высокие значения в интервалах: относительное удлинение =18-23, относительное сужение =58-65 %. Заметное падение прочности с одновременным повышением и, повторно закаленной после ГД НМС, наблюдали при температурах отпуска выше 500 оС, минимальное значение В=845 МПа соответствовало отпуску 650 оС.

Характеристики ударной вязкости (KCU, KCV), динамической (KCT) и статической (Кс, Ар) трещиностойкости стали 12Х2Г2НМФБ после отпуска 250 оС находились в доверительных интервалах значений, определенных после закалки. Характер разрушения и вид излома при изгибе отпущенных при 250 оС образцов с трещиной по сравнению с закаленными не изменились.

Отпуск при температуре выше 300 оС НМС приводит к уменьшению работы статического разрушения и динамической трещиностойкости.

На кривых разрушения и фрактограммах рост хрупкости проявляется в смене механизма распространения трещины. Разрушение сопровождается скачкообразным развитием трещины, при этом меняется характер излома, поверхность разрушения содержит две явно выраженные зоны: первая соответствует быстрому раскрытию трещины после достижения наибольшей нагрузки, вторая – медленному подрастанию до полного разрушения.

Охрупчивание слабо повлияло на значение критического коэффициента интенсивности напряжений.

Повышение температуры отпуска приводит к развитию процессов отпускной хрупкости, снижению вязкости и трещиностойкости до минимальных значений при температуре отпуска 550 оС.

Закрепление дислокаций карбидными частицами в процессе отпуска 550 оС, о чем свидетельствует локальный максимум на кривой зависимости предела текучести от температуры отпуска, препятствует развитию пластической деформации и, следовательно, релаксации напряжений, в результате разрушение образцов с трещиной происходило скачкообразно после достижения критической интенсивности напряжений. Падение значений KCT и Ар до уровня 0,1–0,2 МДж/м2 и характер изломов свидетельствуют о хрупком механизме разрушения.

Высокий отпуск (650 оС), приводящий к коагуляции дисперсных выделений, обеспечивал повышение характеристик вязкости и трещиностойкости для обоих состояний стали, но после повторной закалки после ГД увеличение этих характеристик составило 1,5 – 4 раза, после ГД стали - 1,5-2 раза.

Итак, механизм развития трещины определяли исходное состояние и температура отпуска.

Четвертая глава «Карбонитрирование низкоуглеродистой мартенситной стали 12Х2Г2НМФБ в расплавах солей» посвящена исследованию диффузионного насыщения НМС при температурах существования - и -фаз.

Низкотемпературное насыщение стали с мартенситной структурой имеет ряд особенностей: ускорение насыщения элементами внедрения по сравнению с ферритной структурой; формирование в процессе высокого отпуска стабильных диффузионно-проницаемых для элементов внедрения дислокационных границ может приводить к увеличению протяженности градиентных слоев. Формирование градиентных слоев стали 12Х2Г2НМФБ изучали после сульфокарбонитрирования при температуре 580оС, продолжительность процесса составляла 1 и 2 ч. Микротвердость по толщине слоя (горячекатаное состояние, без отпуска) распределена равномерно, толщина слоя в зависимости от режимов составляла до 120 мкм. Свойства сердцевины после сульфокарбонитрирования сохраняют достаточно высокие значения: в = 1275 МПа, 0.2 = 1015 МПа, КСU = 0,65 МДж/м2, КСV = 0,25 МДж/м2.

Охлаждение на воздухе после сульфокарбонитрирования при 580оС в течение 2 ч образцов из стали 12Х2Г2НМФБ не привело к уменьшению градиентного слоя. Его толщина независимо от охлаждающей среды (вода или воздух) составила 110 - 120 мкм. Это косвенно свидетельствует о мартенситном характере - перехода и об отсутствии эвтектоидного распада азотистого аустенита в исследованном интервале варьирования скорости охлаждения НМС.

После карбонитрирования диффузионные слои НМС включали три зоны: тонкой пористой зоны оксисульфидов, тонкой зоны высокоазотистых соединений и более протяженной зоны внутреннего азотирования (ЗВА), рисунок 4.

Данные рентгеновского анализа (РСА) показали, что в поверхностном слое присутствовали сульфиды FeS2, FeS (при небольших, 1-2 % добавках соединений серы) и оксиды Fe2O3, Fe3O4 железа. Нитридная зона состояла из – и /– фаз, а ЗВА включала в себя азотисто–углеродистый мартенсит и остаточный аустенит (не более 15 – 17 % –фазы для карбонитрирования при 580оС, 2 ч).

Рисунок 4 Структура поверхностного слоя после сульфокарбонитрирования.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»