Размерная стабильность металлов и сплавов в точном машиностроении и приборостроении
Хенкин М.Л., Локшин И.X.
Машиностроение, 1974 г.
СОПРОТИВЛЕНИЕ МИКРОПЛАСТИЧЕСКИМ ДЕФОРМАЦИЯМ КОНСТРУКЦИОННОЙ ЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ ПОСЛЕ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ
Ответственные нагруженные детали прецизионных машин и приборов изготовляют из сложнолегированных конструкционных сталей, например 40ХН2СВА, 38ХМЮА и т. п., обработанных на высокую прочность (σ0,2 = — 150-170 кгс/мм2, σΒ = 170 -190 кгс/мм2). Однако достигаемый комплекс свойств не всегда удовлетворяет предъявляемым требованиям. Актуальной задачей является повышение прочностных свойств в сочетании с необходимым запасом пластичности и высокой размерной стабильностью.
Для этого целесообразно использовать высокотемпературную термомеханическую обработку (ВТМО). ВТМО заключается в совмещении пластической деформации, проводимой выше температуры рекристаллизации в области существования стабильного аустенита, с немедленной закалкой. ВТМО конструкционных легированных сталей приводит к повышению прочностных свойств и пластичности, увеличивает сопротивление усталости, уменьшает склонность к обратимой и необратимой отпускной хрупкости, повышает длительную прочность [3]. Вследствие протекания возврата и даже начальных стадий рекристаллизации в процессе высокотемпературной деформации, а также наследования мартенситом дислокационной структуры аустенита образующаяся при ВТМО субструктура характеризуется повышенной механической и термической устойчивостью. Это позволяет сохранить эффект обработки после высокотемпературного отпуска и повторной закалки.
Такая структура должна обеспечивать высокое сопротивление стали мнкропластическим деформациям при комнатной и повышенной температурах. В связи с этим была исследована возможность использования ВТМО для повышения сопротивления микропластическим деформациям легированных конструкционных сталей.
Для исследования выбраны стали 40ХН2СВА и 38ХМЮА, применяемые для ответственных детален машин и приборов. ВТДЮ производили посредством осадки на 50% отрезанных от прутка заготовок и их закалки в маете Предварительно заготовки перековывали с перепутыванием волокна с целью устранения текстуры. Заготовки перед деформацией нагревали до 950° С, температура окончания деформации составляла 880—900° С. Заготовки, не подвергавшиеся деформации, закаливали с оптимальной для этих сталей температуры 920° С. После отпуска при различных температурах электроискровым методом вырезали заготовки образцов таким образом, чтобы исключить влияние зон затрудненной деформации. Предел упругости и механические свойства определяли при растяжении, ралаксационные испытания проводили при изгибе на кольцевых образцах.
По сравнению с закалкой и аналогичным отпуском предел упругости после ВТМО повышается на 20—30%, пределы прочности и текучести — соответственно на 7—10 и 11—13% (рис. 100). В процессе отпуска предел упругости возрастает, достигая максимального значения при 300— 350° С, что связано с рассмотренными выше (см. разделы 1, 2 гл. IV) процессами стабилизации тонкой структуры стали. Увеличение температуры отпуска до 300— 400° С приводит к значительному понижению прочностных свойств, в то время как предел упругости стали мало изменяется. После отпуска при 500° С прочностные свойства стали, подвергнутой ВТМО и обычной закалке, различаются незначительно, однако различие в величине предела упругости составляет —10%. Это указывает на относительно высокую устойчивость образующейся в результате ВТМО тонкой структуры. По сравнению с обычной закалкой ВТМО практически не влияет на твердость стали. После ВТМО пластичность стали существенно возрастает (рис. 101)
Таким образом, оказывая благоприятное влияние на повышение сопротивления стали макропластическими деформациям при кратковременном нагружении и прочностные свойства, ВТМО не имеет существенных преимуществ перед обычной закалкой в отношении повышения сопротивления стали микропластическим деформациям при длительных испытаниях в условиях релаксации напряжений.
Рассмотрим полученные экспериментальные данные, исходя из известных представлений о структурных изменениях в стали при ВТМО.
Высокотемпературная деформация аустенита при ВТМО приводит к повышению плотности дефектов в аустените и созданию устойчивых конфигураций дислокаций в связи с процессами полигонизации и начальных стадии рекристаллизации аустенита. В результате «наследования» мартенситом дислокационной структуры аустенита при ВТМО образуется относительно стабильная сегментированная структура мартенсита с повышенной плотностью дефектов. Повышение стабильности структуры при ВТМО также связано с уменьшением степени пересыщенности мартенсита углеродом (по-видимому, благодаря образованию сегрегации на дислокациях) .