Мартенситно-стареющие стали общего назначения.

Составы и свойства.

Наиболее распространенные составы мартенситно-стареющих сталей и их свойства (по литературным данным) приведены в (табл. 1) в соответствии с принятой классификацией по уровню прочности.

Таблица 1. Содержание основных легирующих элемевтон и механические свойства 1 (средние) мартен сит и о-стареющих сталей общего назначения 2
Обозначение стали Средняя концентрация легирующих элементов (по массе), % Механические свойства
σв σ0,2 δ ψ KCU, МДж/м2
МПа %
σв=1500÷2000 МПа
Н18КЗМ4Т I8Ni;3,2Co; 4,2Мо; 0,26 Ti 2550 2500 9 49 0,46
Н18К7М5Т 18 Ni; 7 Co; 5,5 Mo; 0,5 Ti 1800 1700 8 50 0,5
Н18К8МЗТ 18 Ni; 8 Co; 3 Mo; 0,2 Ti 2450 1400 15 65 0,8
Н28К8М5Т 18 Ni; 8 Co; 5 Mo; 0,5 Ti 1850 1800 12 60 0,5
Н18К9М5Т 18 Ni; 9 Co; 5 Mo; 0,5 Ti 1900 1830 8 50 0,6
Н18К9М5Т 18. Ni; 9 Co; 5 Mo; 0,8 Ti 2100 190fr 8 50 0,5
Н18К9М5Т 18 Ni; 9 Co; 5 Mo; 1,2 Ti 2180 1960 8 45 0,6
Н15К9М5ТЮ 15 Ni; 9 Co; 5 Mo; 0,7 Ti; 0,9 Al 1960 - 6 23 -
Н16К4М5Т2Ю 16 Ni; 4,5Co;4,5Mo; 2 Ti; 0,3 Al 205 1980 7,5 40 0,2
Н12К8МЗГ2 12 Ni; 8 Co; 3 Mo; 2Mn 1500 2480 9,6 57 0.6
Н12К8М4Г2 12 Ni; 8 Co; 4 Mo; 2,3 Mn 1700 1680 7 50 0,4
H18Ф6М3 18 Ni; 6 V; 3 Mo 1650 1600 10 60 0.7
Н18Ф6М6 18 Ni; 6 V; 6 Mo 1940 1880 10 53 0,45
σв=2000÷2500 МПа
Н16КПМЗТ2 16 Ni; 11 Co; 3 Mo; 1,6 Ti 2136 2070 21 64 -
H16K11M3T2 16 Ni; 11 Co; 3 Mo; 2250 2220 12 60 -
Н17К11М4Т2Ю 1,9 Ti 17 Ni; 11 Co; 4,5 Mo; l,8Ti; 1 Al 2570 2550 8 46 0,25
H18K12M3T2 18 Ni; 12 Co; 3 Mo; 1,4 Ti 2400 2350 9 50 0,2
H17K12M5T 17 Ni; 12 Co; 5 Mo; 1 Ti 2050 2000 8 45 0,3
H18K12M4T2 18 Ni; 12 Co; 4 Mo; 2Ti 2450 2350 7 35 -
H18K14M5T 18 Ni; 14 Co; 5 Mo; 1,5 Ti 1 2400 - 9 35 -
H18K4M7TC 18Ni; 4,5Co;7,7Mo; 0,6 Ti; 0,7 Si 2180 2060 7 34 0,35
Н17К10М2В10Т 17 Ni; lOCo; l,5Mo; 10 W; 0,7 Ti 2350 2300 8,5 48 0,3
Н22К12М10ТЮ 12 Ni; 22 Со; 10 Мо; 0,8 Ti; 1 Al 3000 2950 2 4 -
Н12К15М10 12 Ni; 15 Со; 10 Мо 2500 2400 6 30 0,2
Н13К15М10 13 Ni; 15 Со; 10 Мо 2600 2500 6 30 0,2
Н13К16М10 13 Ж; 16 Со; И Мо 2800 2740 8 42 -
H12K16MI2 12 Ni; 16 Со; 12 Мо 2800 2740 5 40 0,2
Н8К18М14 8Ni; 18 Со; 14 Мо 3500 3400 1 3 -
Н12К12М7В7 12 Ni; 12CoJ 7,8 Мо; 6,7 W 2600 - 6 30 0,25
HI6KI5B9M2 16 Ni; 15 Со; 9 W; 2 Мо 2600 2400 6 30 0,2
1 Свойства сталей после старения при температурах 480—520 °С.
2 Освоенные промышленностью марки мартенснтно-стареющнх сталей поставляются по техническим условиям.

Как конструкционный материал общего назначения наилучшее сочетание прочности, пластичности и вязкости имеют стали, содержащие 17—19% Ni, 7—12% Со, 3—5% Мо, 0,2—1,6% Ti. Изменением содержания титана в этой системе можно варьировать прочность сталей в широких пределах (1400—2500 МПа). Наибольшее распространение в технике получила сталь типа Н18К9М5Т (ЭП-637).

Сталь Н18К9М5Т (ТУ 14-1-1531—75) содержит ≤0,03% С, 16,7—19,0% Ni, 8,5—9,5% Со, 4,6—5,5% Мо, 0,5—0,8% Ti, 0,l5% Al. В закаленном состоянии (закалка при 820 °С, охлаждение на воздухе) сталь имеет следующие свойства: σв=1000÷1100 МПа, σ0,2=900÷1000 МПа; δ≥15%. После закалки и старения при 480—500 °С (3 ч) сталь имеет в среднем следующие механические свойства: σв=1900÷2100 МПа; σ0,2=1800÷2000 МПа; δ=8÷10%; ψ=45÷55%; KCU=0,5÷0,7 МДж/м2.

В связи с широким и разнообразным промышленным применением было детально изучено влияние режимов термической обработки на комплекс основных свойств стали Н18К9М5Т.

Перегрев стали Н18К9М5Т при горячей пластической деформации или термической обработке повышает ее чувствительность к трещине (табл. 2). Для измельчения верна перегретой стали рекомендовано применение перед основной закалкой (820 °С) трехкратной закалки на воздухе или в воде от 900—950 °С с выдержкой 1 ч.

Таблица 2. Чувствительность образцов стали 00Н18К9М5Т к поверхностной усталостной трещине.
Заготовка для изготовления образца Термическая обработка Номер зерна оп образцов, МПа
гладких с трещиной
Горячекатаный лист (толщиной 2,5 мм) Закалка при 820 °С, 1 ч + старение при 450 °С, 3 ч 8 1940 1940
Перегретый пруток (1100 °С,2 ч), Ø130 мм 1—3 1860—1950 1500—1720
Закалка 3 раза при 920 °С, 1 ч, +820 °С, 1 ч, +450 °С, 3 ч 5—6 1930 1900—1990

Оценивая возможность использования стали в виде крупных поковок, прутков н листов толщиной более 25 мм, установили ее склонность к тепловому охрупчнванню при замедленном охлаждении от 1150—1200 °С или при ступенчатом охлаждении в интервале 900—700 °С, связанную с разнозерннстостью, но главным образом с образованием зернограничных выделений карбидов и карбонитридов титана. Для устранения явления теплового охрупчнвання предложен режим термической обработки, включающий закалку от 1150—1200 °С с охлаждением в воде (для растворения пограничных выделений) и последующую трехкратную закалку при 900—950 °С (для измельчения зерна) (табл. 3).

Таблица 3. Влияние режима термической обработки крупных поковок из стали Н18К9М5Т на ее свойства.
Термическая обработка Направление волокна σв σ0,2 δ5 ψ KCU, МДж/м2
МПа %
Закалка 820 °С, 1 ч. + старение 480 °С, 3 ч. Продольное 1850—2200 1800—2100 6—8 25—50 -
Поперечное 1850—2200 1800—2100 2—4 5—30 0,07—0,2
1200 °С, 2 ч, вода + 3 раза 970 °С, 1 ч, вода + 520 °С, 3 ч Продольное 1950—2100 1850—2050 6—10 40—58
Поперечное 1950—2100 1850—2050 5—8 25—50 0,2—0,25

Применительно к стали Н18К9М5Т были опробованы различные комбинированные способы термической обработки, в том числе и термоцнклированне, для получения двухфазной (α + γ)-структуры. Путем стабилизации 18—30% аустенита (особенно если аустенит получен в результате применения термоциклической обработки могут быть существенно повышены пластичность, ударная вязкость и вязкость разрушения, сопротивление ударно-циклическому нагружению при незначительном снижении прочности стали (табл. 4).

Таблица 4. Механические свойства (средние значения) стали Н18К9М5Т при различных способах получения остаточного аустенита.
Вариант Термическая обработка Количество аустенита, % σв σ0,2 δ ψ KCU, МДж/м2 К МПа×м1/2 Число циклов до разрушения при напряжении σmах, МПа
МПа % 1100 1650 2600
Обычная термическая обработка Закалка 820 °С, старение 490 °С, 3 ч 0 2100 2050 8 57 0,4 97 48000 20000 4600
ТЦО 820 °С, 5 мин (дважды), старение 490°С, 3 ч 18 1950 1930 10,8 63 0,9 143 60000 23000 4400
Нагрев в двухфазной области Закалка 820 °С, старение 550 °С, 3 ч 28 1800 1750 8,7 60 0.4 115 33000 13000 3740
Закалка 820 °С, старение 600 °С, 30 мин 19 1790 1730 10,7 58 0.6 128 38000 13600 3700
Закалка 820 °С, старение 650°С, 5 мин 18 1810 1750 10 63 0.7 137 43000 17600 4100
Тепловая стабилизация Нагрев при 820 °С, изотермическая выдержка при П0°С, 5 мин, старение при 490°С, 3 ч 30 1860 1800 10 60 0,6 113 50000 12000 250

Значительно влияет на свойства стали Н18К9М5Т и режим старения. Длительное (до 40—50 ч) старение при 425—450 °С обеспечивает более высокие прочностные свойства стали, чем старение при 480—500 °С при практически одинаковых показателях пластичности. С помощью комбинированного старения (500 °С, 3 ч + 425 °С), сократив время выдержки вдвое, можно получить ту же прочность стали, что и при длительном низкотемпературном старении. Отличительной особенностью стали Н18К9М5Т является то, что пластичность, вязкость разрушения, работа ударного изгиба образцов с трещиной изменяются при возрастании упрочнения практически независимо от режима старения.

Проведена оценка работоспособности стали в различных условиях эксплуатации. Параметры, характеризующие конструктивную прочность стали Н18К9М5Т, свидетельствуют о высоком сопротивлении развитию трещины. После полного цикла упрочняющей обработки отношение временного сопротивления образцов с надрезом к временному сопротивлению гладких образцов (σнв⁄σв) существенно больше 1 (1,4—1,6); ударная вязкость образцов с заранее нанесенной трещиной также весьма высока (0,15—0,25 МДж/м2). Вязкость разрушения К хотя и снижается по мере роста предела текучести, однако во всех случаях превышает уровень, достигаемый в углеродсодержащих1 легированных сталях эквивалентной прочности (табл. 5).

Таблица 5. Вязкость разрушения стали Н18К9М5Т с различным содержанием титана.
Ti, % σ0,2, МПа К, МПа×м1/2
0,2 1400 115—180
0,4 1700 103—170
0,8 1950 93—155

Меньшая чувствительность стали Н18К9М5Т к надрезу проявляется и в условиях усталостного нагружения. По сопротивлению усталости сталь соответствует углеродсодержащим конструкционным сталям равной прочности (рис. 1), а при ударно-усталостном нагружении ее стойкость в 2—4 раза выше.

Кривая усталости образцов из стали Н18К9М5Т
Рис. 1 — Кривая усталости образцов из стали Н18К9М5Т

Как и многим другим мартенситно-стареющим сталям, стали Н18К9М5Т свойственно высокое сопротивление развитию малой пластической деформации. Для достижении максимального предела упругости (σ0,002=1275÷1370 МПа) рекомендуют старение при 450 °С, 4 ч. Ступенчатое старение по режиму 480 °С, 30 мин + 425 °С, 8 ч позволяет повысить предел упругости σ0,002 до 1575 МПа.

При определенных режимах термической обработки благодаря стабилизации некоторого количества аустенита наряду с высокими упругими характеристиками сталь Н18К9М5Т обладает также и элинварнымн свойствами, т. е. малым изменением модуля упругости в климатическом интервале температур (табл. 6).

Таблица 6. Физико-механические свойства стали Н18К9М5Т после старения при разных температурах.
Температура старения, °С ТКМУ ТКЧ γ-фаза, % σ0,005 σ0,02 σв δ ψ
МПа %
450 - —175 0 1600 1800 1900 10 62
480 —250 —160 0 1700 2100 2200 8 58
530 —225 —140 15 1300 2000 2080 10 57
600 -58 40 980 1750 1850 12 55
630 —65 —30 50 850 1650 1750 14 64
650 - —80 40 - - - - -
Примечание. ТКМУ — температурный коэффициент модуля упругости; ТКЧ — температурный коэффициент частоты.

Оптимальное сочетание элниварных и механических свойств получено на стали Н21К9М5Т с повышенным содержанием никеля (после закалки от 850—900 °С и старения при 575 °С, 3 ч ТКЧ=-30×106 1⁄°С, σ0,005=1100÷1150 МПа).

Сталь Н18К9М5Т сохраняет свою работоспособность в широком интервале температур: от криогенных до +400 °С (рис. 2). Понижение температуры испытания до —196 °С увеличивает временное сопротивление от 2000 до 2400 МПа при незначительном уменьшении пластичности и вязкости (KCU=0,3÷0,4 МДж/м2, δ=7÷9%, ψ=40÷45%). При нагреве пропорционально уменьшаются прочностные характеристики, снижается предел упругости (от 1450 МПа при 20 °С до 1210, 930 и 755 МПа соответственно при 200, 300, 400 °С); тем не менее и при 300 °С сталь отличают достаточно высокие свойства и хорошее сопротивление ползучести.

Зависимость механических свойств стали Н18К9М5Т от температуры испытаний
Рис. 2 — Зависимость механических свойств стали Н18К9М5Т от температуры испытаний

Таблица 7. Физнко-механические свойства стали Н18К9М5Т.
Свойства Значения
Удельное электрическое сопротивление ρ1, мкОм×м:
после закалки
после старения при 480°С, 3 ч

0,60—0,51
0,38—0,39
Коэрцитивная сила, А/м:
после закалки
после старения при 480 °С, 3 ч

1750—1910
2150
Модуль упругости E×10-4 при 20 °С, МПа 19
Модуль сдвига G×10-4, МПа 7—7,2
Коэффициент Пуассона μ 0,3
Плотность, т/м3 8
Коэффициент линейного расширения α×106, 1⁄°С (20—480 °С) 11,2
Изменение длины ΔL/L×100 после старения при 480—500°С, % —0,08
Теплопроводность λ, Вт/(м×°С) (100—400 °С) 25,5
Удельная теплоемкость с, кДж/(кг×°С) (100—400 °С) 0,480

В (табл. 7) приведены некоторые физико-механические свойства стали Н18К9М5Т, среди которых особо важное значение имеет малое изменение размеров при полном цикле упрочняющей термической обработки (рис. 3).

физико-механические свойства стали Н18К9М5Т
Рис. 3 — Относительное изменение длины образцов при отдельных операциях упрочняющей термической обработай стали Н18К9М5Т






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.