Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов

Основной причиной худшей деформируемости высоколегированных сталей и сплавов по сравнению с углеродистыми или легированными конструкционными является снижение уровня пластичности.

Понижение пластичности (сокращенно ПП) высоколегированных сталей и сплавов объясняют обычно высоким легированием. В действительности в каждом случае это снижение обусловливается определенными физико-химическими процессами, протекающими в материале: образованием новых структурных составляющих и фаз или перераспределением существующих, изменением кристаллической структуры, образованием и повышением количества легкоплавких включений и др.

Каждый из таких физико-химических процессов самостоятельно или в сочетании с другими, может понизить пластичность сталей и сплавов. Применительно к теории пластической деформации и обработки металлов давлением все эти процессы можно условно разделить на четыре основных вида (рис 21),

Рис. 21. Классификация видов пониженной пластичности (схема)

Первые три вида ПП (ПП1, ПП2, ППЗ) определяются главным  образом химическим составом стали или сплава, его легированием и структурным состоянием. Наличие ПП можно предвидеть по структурной диаграмме состояния и выбрать режимы горячей пластической деформации в соответствии с предполагаемым уровнем пластичности.

Четвертый вид понижения пластичности (ПП4) определяется главным образом условиями выплавки металла, степенью раскисления, чистотой его от легкоплавких элементов (Pb, Sn и др.) и соединений, располагающихся пленочно по границам зерен. Этим объясняется и то, что ПП4 присущ лишь металлу данной плавки, в то время как другая плавка такого же марочного состава при том же структурном состоянии может не обладать этим видом ПП.

Все случаи ПП высоколегированных сталей и сплавов можно объяснить проявлением одного из перечисленных четырех видов ПП или различным их сочетанием. Соответственно предупредить такое понижение пластичности материала можно, если предотвратить протекание того физико-химического процесса, который обусловливает данный вид ПП.

Однако если все же снижение уровня пластичности произошло, то для деформирования слитков и заготовок из такого материала, необходимо применять такие внешние условия деформации, которые компенсировали бы пониженную пластичность материала и способствовали бы улучшению деформируемости тела.

Первый вид ПП характеризуется затормаживанием в поликристаллическом материале внутризеренного скольжения, связанного с высоким легированием. Поэтому ПП1 встречается обычно при деформировании слитков и заготовок из высоколегированных сталей и сплавов или при испытаниях и практически не встречается при деформировании таких же тел из углеродистых или обычных легированных конструкционных сталей. Первый вид ППобусловливается двумя относительно близкими процессами, последовательно протекающими в высоколегированных сталях и сплавах.

В первом случае (ПП1а) пониженная пластичность вызвана высоким легированием твердого раствора различными элементами без образования заметного количества дисперсной упрочняющей фазы (например, легирование элементами: Mn, Сr, Ni, W, Mo и др.). Растворенные элементы искажают решетку твердого раствора. Это искажение возрастает с увеличением степени легирования и атомных радиусов легирующих элементов.

Для сталей и сплавов, обладающих ПП1, характерно относительно плавное изменение уровня пластичности в довольно широком интервале температур, а также незначительное падение пластичности в области пониженных температур (700—900° С), благодаря чему горячую деформацию можно заканчивать в области этих температур, а при необходимости для улучшения деформируемости применять подстуживание слитков и заготовок.

На рис. 22 приведены кривые значений пластичности (α_Η, δ, ψ) для пяти различных сплавов, представляющих пять групп принятой ниже классификации и обладающих обычно первым видом ПП. У сплава Х20Н80, обладающего ПП1а, в области пониженных температур падение пластичности наименьшее по сравнению с другими, более легированными сплавами, содержащими, кроме того, дисперсионную упрочняющую фазу.

Во втором случае ПП1б ПП обусловливается одновременным протеканием двух процессов: пересыщением твердого раствора и образованием мелкодисперсных частиц упрочняющей интерметаллидной фазы, располагающихся по плоскостям скольжения и блокирующих процессы скольжения не только внутри, но и по границам зерен. Поэтому в данном случае движение дислокаций и процессы скольжения и внутризеренная деформация в целом  как и межзеренные перемещения, еще более заторможены, по сравнению с ПП1а и часто деформация с самого начала переходит во вторую стадию (см. рис. 13). Материал весьма быстро упрочняется и дальнейшее деформирование его в обычных условиях практически невозможно, пока в структуре (матрице) содержится значительное количество мелкодисперсной упрочняющей фазы. Коагуляция частиц упрочняющей фазы и их частичное растворение увеличивают расстояние между ними и подвижность дислокаций, повышают пластичность материала, которая может достигнуть уровня ПП1а (см. рис. 22). На рис 22 к ПП1б относятся сплавы 2—5, в которых количество дисперсной упрочняющей фазы последовательно возрастает. Это вызывает соответствующее падение пластичности при температурах ниже температуры растворения этой фазы, количество которой возрастает по мере увеличения степени легирования и номера группы сплава.

По сравнению со случаем ПП1а (рис. 22, кривые 1) здесь, кроме искажения решетки твердого раствора А, на уровень пластичности оказывают влияние еще два фактора: образование интерметаллических соединений (Ni₃Ti, Ni₃Al, Ni₃Nb и др.), обозначаемых γ', и степень их дисперсности. Отрицательное влияние этой упрочняющей фазы возрастает по мере увеличения ее количества γ' и степени дисперсности частиц е.