Двухфазные – ферритно-мартенситные стали.

Двухфазные – ферритно-мартенситные стали (ДФМС) — это низкоуглеродистые низколегированные стали, структура которых представляет собой мелкозернистую ферритную матрицу с 15—25% мартенсита в виде отдельных островков. В структуре также может присутствовать небольшое количество остаточного аустенита, бейнита и дисперсных карбидов.

Существует широкий набор ДФМС, различающихся по структуре и свойствам. Базовыми ДФМС являются стали типа 06ХГСЮ (0,05—0,08% С; 1,1—1,4% Mn; 0,4—0,7% Сr; 0,3—0,5% Si) и 06Г2СЮ (0,05—0,08% С; 1,4-4,7% Mn; 0,4—0,6 Si), Листовые ДФМС с высокой штампуемостью по составу близки к широко распространенным сталям типа 09Г2С; 09Г2; 09Г2Д; 10Г2С1 и т. п. (ГОСТ 19282—73).

Основной вариант термической обработки для получения ферритно-мартенситной структуры — неполная закалка: нагрев до температур межкритического интервала (МКИ) АС1—Аc3 с последующим охлаждением. Получение необходимого соотношения структурных составляющих ДФМС при термической обработке обеспечивается путем снижения (до 0,08—0,09%) содержания углерода в стали, что позволяет уменьшить зависимость количества аустенита от температуры нагрева.

Конкретный режим термической обработки для получения ДФМС с требуемыми свойствами назначается в зависимости от состава стали с учетом параметров термического оборудования (скорости и продолжительности нагрева, средств охлаждения нагретой полосы, возможности проведения отпуска и т. д.). В общем случае температура нагрева должна соответствовать Aс1+(60÷90 °С); охлаждение от температур МКИ предпочтительно проводить с умеренными скоростями (5-30°С/с) до 400—500 °C что обеспечивает стабильность получения 15—25% мартенсита и лучшую пластичность и вязкость (рис. 1). При этом существует достаточно широкий интервал температур нагрева (40—80 °C), которые, в свою очередь, обеспечивают примерное постоянство структуры и прочностных свойств. Отпуск при 200—250 °С способствует улучшению комплекса механических свойств (табл. 1).

Влияние температуры нагрева в МКИ на механические свойства ДФМС
Рис. 1 — Влияние температуры нагрева в МКИ на механические свойства ДФМС, полученных при закалке в воде (сплошные линии) и при охлаждении со скоростью около 30 °С/с (штриховые линии), Сталь типа 08Г2СФ

Таблица. 1 Влияние режима термической обработки на механические свойства двухфазной феритно-мартенситной стали 10Х1МФ.
Структура Термическая обработка σ0,2 σв KCV,
МДж/м2
T50, °C
МПа
Мартенсит Нагрев охлаждение + в воде 1640 1900 0,1 -15
То же + отпуск 1580 1850 0,1 -30
Феррит + мартенсит Нагрев + охлаждение на воздухе 285 630 2,15 -15
Нагрев + охлаждение в воде 305 680 2,0 +20
То же + отпуск 390 640 2,6 -20
Примечание. Температура нагрева стали 730 °С; отпуск при 250 °С, 1ч.

Двухфазные ферритно-мартенситные стали предназначены для изготовления деталей холодной пластической деформацией (штамповкой, высадкой, вытяжкой, гибкой). Их окончательные прочностные характеристики формируются в процессе изготовления деталей — в результате упрочнения при деформации и последующего старения уже готовых деталей, например во время сушки лакокрасочного покрытия при 170—200 °С. Повышение прочности ДФМС в процессе деформации составляет в среднем 10 МПа на 1% обжатия поперечного сечения. В критическом сечении суммарная (на всех операциях) деформация при изготовлении деталей методами холодной объемной штамповки для гарантированного обеспечения σв≥800 МПа должна быть порядка 20—25%. Механические свойства ДФМС после закалки и деформационного старения, приведены в табл. 2.

Таблица. 2 Механические свойства (в МПа) двухфазных ферритно мартенситных сталей (ДФМС).
Сталь σ0,2 σв
06ХГСЮ 250/560 620/700
06Г2СЮ 310/610 650/700
Примечание. В числителе дроби приведены механические свойства сталей после закалки из межкритического интервала температур, в знаменателе — после деформации на 5% и старения при 200 °С

Поскольку предел выносливости определяется прочностными характеристиками, то ДФМС имеют определенные преимущества и при циклических испытаниях.

Рис. 2 — Кривые усталости горячекатаной (кружок белый, кружок заштрихован) и термически обработанной на двухфазную структуру (треугольник, треугольник заштрихован) стали 09Г2. Штриховые линии - в состоянии поставки сплошные линии — после деформации на 5% и отпуска на 200 °С, 1 ч. Лист толщиной 4 мм

Сталь 09Г2 (рис. 2) после обработки на двухфазную структуру имеет повышенный предел выносливости; одновременно примерно в 3—3,5 раза увеличивается число циклов до разрушения в области малоцикловой усталости. Соответствующие механические свойства при растяжении приведены в табл. 3.

Таблица. 3 Механические свойства стали 09Г2 (0,10% С; 1,65% Mn; 0,32% Si; 0,017% S; 0,019% Р).
Обработка Структура σ0,2 σв σ0,2 δ4, % σ0,2 ∗1, МПа
МПа σв
Горячая прокатка Ферритно-перлитная 410 500 0,82 25 490
Термическая обработка из (α + γ)-области Ферритно-мартеиситная 280 580, 0,48 27 570
∗1 После деформации на 5% и нагрева при 200 °С, 1 ч.

Упрочнение ДФМС создают участки мартенсита: каждый 1% мартенситной составляющей в структуре повышает, временное сопротивление разрыву примерно на 10 МПа независимо от прочности и геометрии мартенситной фазы. Разобщенность мелких участков мартенсита и высокая пластичность феррита значительно облегчают начальную пластическую деформацию. Характерный признак ферритно-мартенситных сталей — отсутствие на диаграмме растяжения площадки* текучести. При одинаковом значении общего (δобщ) и равномерного (δр) удлинения ДФМС обладают большей прочностью и более низким отношением σ0,2в (0,4—0,6), чем обычные низколегированные стали. При этом сопротивление малым пластическим деформациям (σ0,2) у ДФМС ниже, чем у сталей с ферритно-перлитной структурой.

При всех уровнях прочности все показатели технологической пластичности ДФМС (σ0,2в, δр, δобщ. вытяжка по Эриксену, прогиб, высота стаканчика и т. д,), кроме раздачи отверстия, превосходят аналогичные показатели обычных сталей.

Повышенная технологическая пластичность ДФМС позволяет применять их. для листовой штамповки деталей достаточно сложной конфигурации, что является преимуществом этих сталей перед другими высокопрочными сталями.

Сопротивление коррозии ДФМС находится на уровне сопротивления коррозии сталей для глубокой вытяжки.

ДФМС удовлетворительно свариваются методом точечной сварки. Предел выносливости при знакопеременном изгибе составляет для сварного шва и основного металла (σв≈550 МПа) соответственно 317 и 350 МПа, т. е. 50 и 60% σв≈550 МПа основного металла.

В случае применения ДФМС для деталей массивных сечений, когда необходимо обеспечить достаточную прокаливаемость, целесообразно использовать составы с повышенным содержанием марганца или с добавками хрома, бора и т. д.

Экономическая эффективность применения ДФМС, которые дороже низкоуглеродистых сталей, определяется экономией массы деталей (на 20—25%). Применение ДФМС в некоторых случаях позволяет исключить упрочняющую термическую обработку деталей, например высокопрочных крепежных изделий, получаемых методом холодной высадки.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.