Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей
Проанализированы охрупчивающие и пластифицирующие параметры структуры нержавеющих (Х12Н10МТ, Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ) и высокопрочных (Н18М3Т, Н18К9М5Т) мартенситностареющих сталей, варьируемые термокинетическими условиями, последовательностью и кратностью различных процессов термической обработки - ау...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Проблемы прочности |
|---|---|
| Дата: | 2000 |
| Автори: | , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Російська |
| Опубліковано: |
Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України
2000
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46202 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей / С.Б. Нижник, Г.И. Усикова // Проблемы прочности. — 2000. — № 2. — С. 51-61. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860044088007458816 |
|---|---|
| author | Нижник, С.Б. Усикова, Г.И. |
| author_facet | Нижник, С.Б. Усикова, Г.И. |
| citation_txt | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей / С.Б. Нижник, Г.И. Усикова // Проблемы прочности. — 2000. — № 2. — С. 51-61. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы прочности |
| description | Проанализированы охрупчивающие и пластифицирующие параметры структуры нержавеющих (Х12Н10МТ, Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ) и высокопрочных (Н18М3Т, Н18К9М5Т) мартенситностареющих сталей, варьируемые термокинетическими условиями, последовательностью и кратностью различных процессов термической обработки - аустенитизации, упрочняющего старения и фазового α ↔ γ-превращения в межкритическом интервале температур. Обосновано раздельное и совместное влияние размера аустенитного зерна и объемной доли частиц интерметаллидных фаз на закономерности изменения и взаимосвязь характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости при термическом упрочнении. Обнаружена роль аустенита, формирующегося при α → γ-превращении, в повышении деформированной способности и трещиностойкости рассматриваемых сталей с учетом характера их легирования. Определены структурные условия реализации его пластифицирующего влияния на высокопрочное состояние мартенситностареющей стали на основе выявленного смещения температурного интервала повторного α → γ-превращения в область температур упрочняющего старения.
Проаналізовано крихкісні й пластифікуючі параметри структури неіржавких (Х12Н10М Т, Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ ) та високоміцних (Н18М 3Т, Н18К9М5Т) мартенситностаріючих сталей, варійовані термокінетичними умовами, послідовністю й кратністю різних процесів термічної обробки - аустенітизація, зміцнення при старінні, α ↔ γ-перетворення у міжкритичному діапазоні температур. Обгрунтовано роздільний і спільний вплив розміру аустенітного зерна та об’ємної долі частинок інтерметалідних фаз на закономірності зміни й взаємозв’язок характеристик міцності, пластичності та тріщиностійкості при термічному зміцненні. Встановлено вплив аустеніту, що формується при α → γ-перетворенні, на підвищення деформативної здатності й тріщиностійкості досліджуваних сталей з урахуванням характеру легування. Визначено структурні умови реалізації пластифікуючого впливу на високоміцний стан мартенситностаріючої сталі на основі виявленого зміщення температурного діапазону повторного α → γ-перетворення в область температур зміцнення при старінні.
We analyzed structural parameters controlling the brittleness and ductility of stainless (Kh12N10MT, Kh11N10M2T, and Kh13N9D2MT) and high-tensile (N18M3T and N18K9M5t) maraging steels. Variation of these parameters can be achieved by thermal-kinetic conditions, sequence and multiplicity of application of various heat treatment processes, such as austenitization, hardening/ageing and α ↔ γ phase transition in the subcritical temperature range. We justified an individual and joint influence of austenite grain size and volume ratio of intermetallic phase particles on the behavior and interaction of characteristics of strength, plasticity and crack resistance at thermal strengthening. We determined the influence of austenite formed in the α → γ phase transition on the increase in deformability and crack resistance of steels under study with the account of the elements added to the steel alloy. Based on the shift towards the temperature range of hardening/ ageing discovered in the temperature range of the recurring α → γ phase transition, we defined the structural requirements for the plastizicing effect occurring in the high-tensile state of maraging steel.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:57:15Z |
| format | Article |
| fulltext |
УДК 539.37:669.15
И ссл ед о ван и е с т р у к т у р н ы х у сл о ви й п о в ы ш е н и я х а р а к т е р и с т и к
п р о ч н о с т и , п л а с т и ч н о с т и и т р е щ и н о с т о й к о с т и м а р т е н с и т н о -
стар ею щ и х стал ей
С. Б. Ниж ник, Г. И. Усикова
Институт механики им. С. П. Тимошенко НАН Украины, Киев, Украина
Проанализированы охрупчивающие и пластифицирующие параметры структуры нержа
веющих (Х12Н10МТ, Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ) и высокопрочных (Н18М3Т, Н18К9М5Т)
мартенситностареющих сталей, варьируемые термокинетическими условиями, последо
вательностью и кратностью различных процессов термической обработки - аустени-
тизации, упрочняющего старения и фазового а^у-превращения в межкритическом интер
вале температур. Обосновано раздельное и совместное влияние размера аустенитного зерна
и объемной доли частиц интерметаллидных фаз на закономерности изменения и взаимо
связь характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости при термическом
упрочнении. Обнаружена роль аустенита, формирующегося при а^у-превращении, в повы
шении деформативной способности и трещиностойкости рассматриваемых сталей с уче
том характера их легирования. Определены структурные условия реализации его пласти
фицирующего влияния на высокопрочное состояние мартенситностареющей стали на осно
ве выявленного смещения температурного интервала повторного а^у-превращения в
область температур упрочняющего старения.
Для изготовления из листового металла высоконапряженных тонко
стенных оболочечных элементов конструкций весьма перспективными явля
ются безуглеродистые мартенситностареющие стали благодаря потенци
альной возможности реализации на них высоких показателей прочности,
пластичности и трещиностойкости, обусловленной характером легирования,
предопределяющим возможности оптимизации их структуры. Однако проб
лема направленного изменения комплекса механических свойств этих ста
лей применительно к процессам формообразования (методами обработки
давлением), технологического деформирования и упрочнения оболочечных
элементов конструкций требует дальнейшего исследования. Причина недос
таточной изученности этого вопроса заключается в многофазности и мета
стабильности мартенситностареющих сталей, что усложняет механизм фор
мирования их механических свойств.
Разработка научных основ оптимизации комплекса механических
свойств таких материалов требует установления закономерностей влияния
на характеристики прочности, пластичности и разрушения основных пара
метров структуры и количественного соотношения матричной, упрочня
ющих и пластифицирующих фаз, варьируемых последовательностью и крат
ностью процессов термической обработки: аустенитизации, старения и фа
зового а^у-превращения.
Раздельное влияние каждого из процессов термической обработки на
характеристики прочности и пластичности мартенситностареющих сталей
при одноосном растяжении образцов без трещин исследовалось в работах
[1-4].
© С. Б. НИЖНИК, Г. И. УСИКОВА, 2000
0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 51
С. Б. Нижник, Г. И. Усикова
На примере стали Х11Н10М2Т проиллюстрируем (рис. 1) закономер
ности изменения характеристик прочности (предела прочности о в) и
пластичности (максимального равномерного удлинения е' и относительного
сужения 1р) при одноосном растяжении в зависимости от последователь
ности процессов термической обработки: упрочняющего старения (I), час
тичного разупрочнения при перестаривании (II), фазового а^у-превра-
щения в межкритическом интервале температур (III) и аустенитизации (IV).
Основные параметры структуры, определяющие пределы изменения меха
нических свойств при реализации указанных процессов термической обра
ботки, таковы: объемная доля и размер частиц упрочняющих (I, II) и
пластифицирующих (III) фаз, а также размер первичного аустенитного зерна
в матричной фазе (IV) и ее структура. Типичные для рассматриваемых
стадий термической обработки структуры мартенситностареющей стали,
определяемые методами просвечивающей электронной микроскопии (I, II,
III) и металлографического анализа (IV), представлены на рис. 1.
Рис. 1. Закономерности изменения механических характеристик и структуры стали
Х11Н10М2Т в зависимости от процесса термической обработки.
Присущий исследуемым сталям широкий диапазон изменения проч
ностных и пластических свойств обусловливает необходимость применения
при оценке и прогнозировании критического коэффициента интенсивности
напряжений К 1с моделей разрушения, позволяющих исключить технически
сложные эксперименты на крупногабаритных образцах при эксперименталь
ном определении характеристики К 1с средне- и низкопрочных металлов.
52 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2
Исследование структурных условий повышения
Модели такого типа, получившие широкое распространение [5-9], ориен
тированы на оценку характеристики К 1с по результатам одноосного растя
жения образцов без трещин с учетом структурных параметров материала,
контролирующих размер концевой зоны трещины.
Согласно варианту модели Хана-Розенфилда [6],
К 1с = (2Е о т х о )1/2, (1)
где Е и о т - модуль упругости и предел текучести при одноосном
растяжении образцов без трещин; х о - размерный параметр непосред
ственно прилегающей к трещине “зоны процесса разрушения”.
Ранее [10] применительно к мартенситностареющим сталям экспери
ментально обоснована выполнимость выражения (1). Роль пластичности
материала в повышении характеристик трещиностойкости определена на
основе результатов исследования ее влияния на размерный параметр х о.
При этом обнаружена линейная зависимость параметра хо от показателя
деформативной способности е' и величины критического раскрытия тре
щины д с рассматриваемых материалов, а для стадий I, I I (рис. 1) -
пропорциональная зависимость параметра х о от исходного расстояния
между частицами упрочняющих фаз недеформированного металла Я о
х о = аЯ о , (2)
также функционально зависимого от величины е' [1], где а - коэффициент
пропорциональности.
Для случая равноосной формы частиц
Я о = (п / 6 ) 1/3 В о ( / с )-1/3 [11] (3)
(В о и / с - средние значения их исходного размера и объемной доли) и в
соответствии с соотношениями (1)—(3)
К 1с = [2аЕо т( п /6 ) 1/3 В о ( /с )-1 /3]1/2. (4)
Из вышеизложенного следует, что конкретизация и изыскание возмож
ностей реализации структурных условий повышения деформативной спо
собности мартенситностареющих сталей могут обеспечить одновременное
повышение их характеристик разрушения, что особенно актуально для
упрочненных старением состояний материала.
Цель настоящей работы - установление закономерностей изменения
характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситно-
стареющих сталей в зависимости от параметров структуры, варьируемых
последовательностью и кратностью различных процессов термического
упрочнения.
ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 53
С. Б. Нижник, Г. И. Усикова
В общем виде направление изменения структурных параметров мате
риала, необходимое для повышения его трещиностойкости, может быть
определено на основе дислокационного критерия разрушения Коттрелла-
Петча [12], отражающего структурное условие перехода в хрупкое состо
яние:
(a k d 1/2 + к у ) к у fiy эф. (5)
Критерий (5) включает напряжение трения, соответствующее внут
реннему сопротивлению материала движению дислокаций, а к , исходный
размер зерна d, параметр к у, связанный с условиями передачи скольжения
через границу зерна и составляющий 0,38 и 0,64 МПа%/)м соответственно
для ГЦК- и ОЦК-металлов, коэффициент жесткости напряженного состо
яния в и эффективную поверхностную энергию Y эф, затраченную на рас
крытие трещины, которая уменьшается при возникновении в твердых раст
ворах зернограничных сегрегаций примесных атомов - зародышей меж-
зеренного разрушения [12, 13].
Применительно к мартенситностареющим сталям в соответствии с со
отношениями (1)-(5) последовательно рассмотрим охрупчивающее и плас
тифицирующее влияние параметров структуры и их взаимосвязь с характе
ристиками прочности, пластичности и разрушения.
Согласно критерию (5), охрупчивающее влияние структуры проявля
ется при термических воздействиях, увеличивающих размер аустенитного
зерна d а в условиях аустенитизации, повышающих предел текучести а т и
снижающих эффективную поверхностную энергию трещины Y эф на стадии
упрочняющего старения, а также при повышении жесткости напряженного
состояния в случае сложного нагружения. Прирост предела текучести а т
при упрочняющем старении Д а т = а т — (а т )о может быть описан соотно
шением Анселла [14]
Д ат = G */ Г / 4 С (0,82 — / Г ), (6)
*где (а т ) о - предел текучести стали после аустенитизации; G - модуль
сдвига частиц интерметаллидных фаз; С - const.
На примере ряда нержавеющих (Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ) и высоко
прочной (Н18К9М5Т) мартенситностареющих сталей показано раздельное и
совместное влияние параметров структуры d А и f c на характеристики
прочности Д а т , а в, пластичности ^ , е' и трещиностойкости K Ic, д c (рис. 2).
Экспериментальное определение сопоставляемых характеристик проводи
лось по методикам работ [1-3, 10].
На рис. 2,а приведены зависимости численных значений а в, ^ и K lc
от параметра d а для стали Х11Н10М2Т при Д а т = 0 - закаленное после
аустенитизации состояние материала (штриховые линии) и (Д а т )тах =
= 700 МПа - состояние, максимально упрочненное старением после закалки
(сплошные линии), поскольку прочностные характеристики нечувст
вительны к величине d а в рассматриваемом диапазоне ее изменения
(30...300 мкм). Исследуемый диапазон значений d а достигался повы-
54 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 2
Исследование структурных условий повышения
шением температуры аустенитизации в пределах 900...1200°С. По мере
увеличения ё А характеристика пластичности р уменьшается, причем для
состояния, максимально упрочненного старением, более интенсивно, чем
для закаленного, а К 1с проявляет тенденцию к росту.
На рис. 2,6 представлены зависимости характеристик пластичности р
(сталь Н18К9М5Т) и е' (сталь Х13Н9Д2МТ) от показателей трещино-
стойкости К 1с и д с при ё А = 30 мкм и направленном увеличении Аа т в
диапазоне значений 0...1000 МПа, варьируемых ростом объемной доли
выделений / с при повышении длительности упрочняющего старения от 0,3
до 100 ч в условиях температур 490 и 500°С для сталей Н18К9М5Т и
Х13Н9Д2МТ соответственно.
МПа
Ш
т
то
=соп$і
ь \ л— ^
щч
/
*К,ТГ/о
МПа'
М У2.
-70
К]С,
МЛа*м16
90
50
130
МПа-м^
I- 'XV Ч о-2
х-3
д -Ц
ч-5, і
\
\
°Х" •
о
V ч
\
\ ¥ \
\ о
х /
ч1 4
1
го
чV
ч
Ч1 1 .N N О\ V
ч
1 50 я ю т 2\ , МЛа-г30
Рис. 2. Раздельное (а, б) и совместное (в) влияние структурных параметров dA и / с на
характеристики прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих ста
лей при аустенитизации и упрочняющем старении. (На рис. 2,в: 1, 5 - dA = 30 мкм; 2 -
dA = 90 мкм; 3 - dA = 140 мкм; 4 - dA = 230 мкм.)
а
б
в
ІББМ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 55
С. Б. Нижник, Г. И. Усикова
На рис. 2,в для сталей Х11Н10М2Т (1 -4 ) и Н18К9М5Т (5) при раз
личных значениях d А установлена единая закономерная зависимость ха
рактеристики пластичности ф от функции структурных параметров охруп
чивания
F = Д о т d А/2. (7)
С ростом последней аналогично ф уменьшается ударная вязкость
KCU.
В достигнутых пределах изменения F наблюдается смена механизма
разрушения от преимущественно вязкого по телу зерна к квазихрупкому по
его границам, что следует из данных микрофрактографического анализа.
Из приведенных результатов можно заключить, что с ростом d а и
До"т = const - при переходе от До т = 0 к (Д от )тах (рис. 2,а) - усиление
эффекта охрупчивания вызвано уменьшением у эф в результате преиму
щественного выделения частиц упрочняющих фаз (зародышей интеркрис-
таллитного разрушения) по границам первичных аустенитных зерен, что
находится в соответствии с дислокационным критерием разрушения (5).
Обнаруженная с ростом d а при (Д от )тах тенденция к увеличению
K ic относится к экспериментально обоснованным в работах [15, 16] осо
бенностям термоупрочненных структур перегрева конструкционных сталей,
которые отличаются ограниченным содержанием углерода, зависящим от
концентрации других карбидообразующих легирующих элементов [10].
Наблюдаемый при d а = const линейный характер снижения показа
телей трещиностойкости K Ic, д c и пластичности ф , е’ с ростом Д о т
(рис. 2,6) в соответствии с соотношениями (2), (3), (6) и (1) является
следствием увеличения объемной доли частиц упрочняющих фаз f c, а
следовательно, уменьшения межчастичного расстояния Я о и размерного
параметра концевой зоны трещины x о.
Снижение характеристики пластичности ф и смена механизма раз
рушения от преимущественно вязкого транскристаллитного к квазихруп
кому интеркристаллитному при одновременном увеличении d А и До т -
составляющих функции структурных параметров охрупчивания F (выра
жение (7), рис. 2,в) могут быть обусловлены:
изменением соотношения между температурой испытания Т и темпе
—1/2ратурой хладноломкости Тх = A — B d [13] при условии выполнения не
равенства Тх( d А)1 < Т < Тх(d А)2, когда ( d А)2 > (d А)1, что приводит к вяз
кому разрушению мелкозернистой стали при сохранении квазихрупкого
состояния крупнозернистой стали;
повышением вероятности развития этого процесса по мере роста f c
вследствие увеличения числа субмикротрещин, формирующихся при пере
резании частиц упрочняющих фаз дислокациями (необходимое условие
микропластического течения [14]).
Склонность к охрупчиванию мартенситностареющих сталей в высоко
прочном состоянии обусловливает необходимость изыскания структурных
условий, позволяющих одновременно повышать их пластичность и трещи-
ностойкость.
56 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 2
Исследование структурных условий повышения
\
-Дтг Л
4 *3̂
Со
£ т 2о»
%
Ъ -2,2
г -18
\ - 44
10 6$,
МПа'
60 ТКМЧ07
Ъж/мг
О Я 20 30 Щ | А,%
б
Рис. 3. Взаимосвязь количества аустенита / А с характеристиками прочности, пластичности
и разрушения мартенситностареющих сталей при а ^ /-превращении (а, б) и зависимость
параметров выражения (8) от величины Уэкв (в). (На рис. 3,б,в: 1 - Х12Н10МТ; 2 -
Х11Н10М2Т; 3 - Н18М3Т; 4 - Н18К9М5Т.)
Как видно из рис. 1, пластифицирующее влияние структуры на рас
сматриваемый класс сталей может быть реализовано на I I I стадии их терми
ческой обработки. Характерное для этой стадии существенное повышение
деформативной способности материала обусловлено формированием высо
копластичной аустенитной фазы в результате развития фазового а^у-п ре-
вращения в мартенситной матрице. Количество этой фазы / А в зави
симости от температуры превращения Т изменяется в полном соответствии
с изменением характеристики пластичности £, что для стали Х11Н10М2Т
четко прослеживается по данным рис. 3,а. Высокая степень пересыщения
первых микрообъемов аустенита легирующими элементами при а ^ у -
превращении (левая ветвь кривой / А — Т) и тонкодисперсное реечное стро
ение (рис. 1) обусловливают повышенную термическую (вплоть до крио
генных температур) и деформационную устойчивость этой фазы [3]. На
рис. 3,б приведены зависимости характеристик прочности о в, пластич
ности £', ф и трещиностойкости J 1с, КСУ( 196)0С от / А при а^у-пре-
вращении. Видно, что по мере увеличения / а незначительно снижается
предел прочности материала, но увеличиваются характеристики пластич-
Н ЗЫ 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2 57
С. Б. Нижник, Г. И. Усикова
ности и разрушения. При этом отсутствует однотипная связь между характе
ристиками пластичности и є' (рис. 1 и 3,6). Это может быть вызвано тем,
что первая из них проявляет чувствительность к структурным параметрам
материала, активизирующим процесс субмикроразрушения, а вторая - про
цесс скольжения. Рост более чем в 10 раз характеристики є' по мере
увеличения / А от 0 до (/ д)тах - результат уменьшения степени де
формационной стабильности аустенита и активизации процесса превра
щения его в мартенсит деформации, что повышает деформативную спо
собность материала по механизму формирования высокопластичных состо
яний в сталях с пластичностью, наведенной превращением (в ПНП-сталях).
При этом наблюдается повышение показателей трещиностойкости - J 1с и
КСУ. Интенсивность увеличения последнего существенно возрастает при
температуре испытания — 1960С, по сравнению с комнатной, что может быть
связано с сохранением в структуре стали при указанной температуре испы
тания термически стабильного высокопластичного аустенита и отсутствием,
в отличие от мартенситной матрицы, склонности к низкотемпературному
охрупчиванию.
Пластифицирующее влияние аустенита ослабевает с ростом обобщен
ной функции химического состава стали - упрочняющего эквивалента
Гэкв,% = % М о+2% Ті + 1,75%А1 + %Си+0,2%Со, повышающего (по линей
ному закону) уровень прочностных свойств исследованных сталей в состо
янии максимального упрочнения старением.
В рассматриваемых пределах а^у-превращ ения зависимости є' — / а
хорошо аппроксимируются выражением
є' = є о + Х ( / а ) 2 , (8)
параметры которого є 0, х и 2 функционально связаны с величиной Гэкв
(рис. 3,в).
Формирование высокопластичных состояний исследуемых сталей в тер
мических условиях развития а^у-превращ ения имеет важное практичес
кое значение применительно к задаче оптимизации процессов технологи
ческого деформирования, например для снижения разнотолщинности сте
нок оболочечных элементов конструкций при их изготовлении методами
обработки давлением листовых и трубных полуфабрикатов.
Однако этим не исчерпывается положительное влияние высокопластич
ного аустенита на механические свойства стали.
Присущие аустениту высокая термическая и деформационная устойчи
вость могут быть использованы для одновременного увеличения харак
теристик пластичности и разрушения высокопрочных состояний мартен-
ситностареющих сталей, формирующихся при упрочняющем старении. По
следнее требует фиксации в структуре закаленной стали равномерно распре
деленных дисперсных выделений высокопластичного стабилизированного
аустенита.
Установлено, что задержанный (методами термической обработки [17])
при закалке аустенит в количестве (/ а ) ^ 15% вызывает смещение темпе
ратурного интервала повторного а^у-превращ ения и сопутствующего ему
58 ISSN 0556-171Х. Проблемы прочности, 2000, № 2
Исследование структурных условий повышения
повышения характеристики г' в область температур упрочняющего старе
ния без существенного снижения характеристик прочности. Последнее на
глядно прослеживается на примере стали Х11Н10М2Т при различных зна
чениях ( / А)і - рис. 4,а,б. Рис. 4,в иллюстрирует зависимость характе
ристик прочности о в, твердости НЯС и пластичности г' рассматриваемой
стали после завершающей термической обработки - упрочняющего ста
рения при 525°С, 2 ч от ( / А)1? где штриховые линии соответствуют меха
ническим характеристикам при стандартном режиме термообработки, когда
(I А)1 = 0- Видно, что реализация предлагаемого структурного подхода при
(I А)1 = 15% обеспечивает повышение г' более чем в 4 раза при снижении
характеристик прочности о в и НЯС на 8...10%.
%
%
20
•о!
А 3 j ) \
К
....J _ a . . J
\
1 1
, (ЯГ '
----
і ....
j HR.C
----
%
38
550 600 TfC
б
Рис. 4. Влияние (f K\ на образование аустенита и изменение характеристик прочности и
пластичности стали Х11Н10М2Т при повторном а^у-превращении - а, б (1 - (fA)1 =0; 2 -
(fA)1 =8%; 3 - (fA)1 =15%) и упрочняющем старении - в.
Пластифицирующий эффект задержанного аустенита существенно уси
ливается при низкотемпературном деформировании. В этом случае воз
можно обнаружение качественно новых для мартенситностареющих сталей
сочетаний характеристик пластичности, присущих аустенитной стали, и
прочности - мартенситностареющей [17].
Анализ полученных результатов показал, что при определении струк
турных условий повышения характеристик прочности, пластичности и тре
щиностойко сти мартенситностареющих сталей методами направленного
термического упрочнения расширяется область их применения для изго
товления элементов конструкций с высоким уровнем и стабильностью сило
вых показателей. При этом следует ожидать существенного повышения
эксплуатационной надежности оболочечных элементов конструкций в усло-
ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 2 59
С. Б. Нижник, Г. И. Усикова
виях плоского напряженного состояния, для которого, по сравнению с
линейным, характерно снижение деформативной способности материала и
увеличение его склонности к охрупчиванию [18, 19].
Р е з ю м е
Проаналізовано крихкісні й пластифікуючі параметри структури неіржавких
(Х12Н10МТ, Х11Н10М 2Т, Х13Н9Д2М Т) та високоміцних (Н18М3Т,
Н18К9М5Т) мартенситностаріючих сталей, варійовані термокінетичними
умовами, послідовністю й кратністю різних процесів термічної обробки -
аустенітизація, зміцнення при старінні, а^у-перетворення у міжкритич-
ному діапазоні температур. Обгрунтовано роздільний і спільний вплив
розміру аустенітного зерна та об’ємної долі частинок інтерметалідних фаз
на закономірності зміни й взаємозв’язок характеристик міцності, плас
тичності та тріщиностійкості при термічному зміцненні. Встановлено вплив
аустеніту, що формується при а^у-перетворенні, на підвищення дефор-
мативної здатності й тріщиностійкості досліджуваних сталей з урахуванням
характеру легування. Визначено структурні умови реалізації пластифіку
ючого впливу на високоміцний стан мартенситностаріючої сталі на основі
виявленого зміщення температурного діапазону повторного а^у-перетво-
рення в область температур зміцнення при старінні.
1. Г оловинская Т. М ., Н иж н ик С. Б., Усикова Г. И ., Черняк Н. И . Струк
тура и механические свойства мартенситностареющей стали при
термическом упрочнении // Изв. АН СССР. Металлы. - 1980. - № 3. -
С. 183 - 187.
2. Усикова Г. И . О структурной чувствительности характеристик плас
тичности мартенситностареющих сталей при упрочнении старением //
Физ.-хим. механика материалов. - 1981. - № 6. - С. 49 - 53.
3. Н иж ник С. Б., О ст ровская В. П., У сикова Г. И . Структурные изме
нения и механические свойства мартенситностарею щ ей стали
00Х11Н10М2Т при а^у-превращ ении // Физика металлов и металло
ведение. - 1982. - 53, № 1. - С. 76 - 81.
4. Г ладковский С. В., Ф иллипов А. М ., К алет ин А. Ю . и др. Влияние
режимов аустенитизации на механические характеристики и особен
ности разрушения мартенситностареющих сталей // Там же. - 1994. -
78, № 2. - С. 159 - 169.
5. К раф ф т Д ж . М ., И рвин Д ж . Р. Соображения о скорости распро
странения трещин // Прикладные вопросы вязкости разрушения. - М.:
Мир, 1968. - С. 187 - 209.
6. H ahn G. T., R osen fie ld A. R . Sources of fracture toughness // Appl.
Phenomena in Titanium Alloys. - 1968. - ASTM STR N 432. - P. 5 - 32.
7. П анасю к В. В., А ндрейкив А. E., К овчик С. Е . Определение K Ic кон
струкционных материалов через их механические характеристики и
параметр структуры // Физ.-хим. механика материалов. - 1977. - 13,
№ 2. - С. 120 - 122.
60 ISSN 0556-171X. Проблемы прочности, 2000, № 2
Исследование структурных условий повышения
S. К расовский A. Я . Хрупкость металлов при низких температурах. -
Киев: Наук. думка, 198о. - 34о с.
9. K rasow sky A. J., P luvinage G. Structure parameters governing fracture
toughness of engineering materials // Фіз.-хім. механіка матеріалів. -
1993. - 29, № 3. - С. 113 - 124.
10. К ам инский A. A., Н иж ник С. Б. Исследование закономерностей изме
нения пластической зоны у края трещины и характеристик трещи
ностойкости металлических материалов в зависимости от их струк
туры (Обзор) // Прикл. механика. - 1995. - 31, № 1о. - С. 3 - 27.
11. С алт ы ков С. A . Стереометрическая металлография. - М.: Металлур
гия, 197о. - 375 с.
12. СоПгеН A. H . Theory of brittle fracture in steel and similar metals // Trans.
Metall. Soc. AIME. - 195S-1959. - 212, N 2. - P. 192 - 2о3.
13. Треф илов В. И., М оисеев В. Ф., П ечковский Э. П . Деформационное
упрочнение и разрушение поликристаллических металлов. - Киев:
Наук. думка, 19S7. - 34S с.
14. A нceлл С. Механические свойства двухфазных сплавов // Физическое
металловедение / Под ред. З. Кана. - М.: Мир, 19б8. - T. 3. - С. 327 -
3б8.
15. Р ом анив О. H., Ткач A. H., Г ладкий Я. H., Зим а Ю . В. Применение
перегрева при закалке для повышения трещиностойкости высоко
прочных сталей // Физ.-хим. механика материалов. - 197б. - 12, № 5. -
С. 41 - 4S.
16. Д а ль В., A нm oн В. Статическая прочность и механика разрушения
сталей. - М.: Металлургия, 198б. - 5б4 с.
17. A. с. Î 4 2 3 6 0 9 С С С Р . Способ термической обработки изделий
криогенной техники из мартенситностареющих сталей / С. Б. Нижник,
Б. И. Ковальчук, В. П. Островская и др. - Опубл. 15. о9. SS, № 34.
1S. Гигиняк Ф. Ф., Л ебедев A. A., К расовский A. Я . Влияние вида напря
женного состояния на деформационное упрочнение малоуглеродистой
стали // Металловедение и терм. oбpaб. металлов. - 1 9 7 1 . - № 4. -
С. 33 - 3б.
19. Черняк Н. И., Н иж ник С. Б., Б а с т у н В .Н ., И ст ом ина Э. С., Усикова
Г. И . О связи структурных параметров аустенитной стали с видом
напряженного состояния // Докл. АН УССР. Сер. А. - 1973. - № 3. -
С. 171 - 174.
Поступила 22. 12. 9S
ISSN 0556-Î7ÎX. Проблемы прочности, 2000, № 2 61
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-46202 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0556-171X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:57:15Z |
| publishDate | 2000 |
| publisher | Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Нижник, С.Б. Усикова, Г.И. 2013-06-28T16:16:42Z 2013-06-28T16:16:42Z 2000 Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей / С.Б. Нижник, Г.И. Усикова // Проблемы прочности. — 2000. — № 2. — С. 51-61. — Бібліогр.: 19 назв. — рос. 0556-171X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46202 539.37:669.15 Проанализированы охрупчивающие и пластифицирующие параметры структуры нержавеющих (Х12Н10МТ, Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ) и высокопрочных (Н18М3Т, Н18К9М5Т) мартенситностареющих сталей, варьируемые термокинетическими условиями, последовательностью и кратностью различных процессов термической обработки - аустенитизации, упрочняющего старения и фазового α ↔ γ-превращения в межкритическом интервале температур. Обосновано раздельное и совместное влияние размера аустенитного зерна и объемной доли частиц интерметаллидных фаз на закономерности изменения и взаимосвязь характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости при термическом упрочнении. Обнаружена роль аустенита, формирующегося при α → γ-превращении, в повышении деформированной способности и трещиностойкости рассматриваемых сталей с учетом характера их легирования. Определены структурные условия реализации его пластифицирующего влияния на высокопрочное состояние мартенситностареющей стали на основе выявленного смещения температурного интервала повторного α → γ-превращения в область температур упрочняющего старения. Проаналізовано крихкісні й пластифікуючі параметри структури неіржавких (Х12Н10М Т, Х11Н10М2Т, Х13Н9Д2МТ ) та високоміцних (Н18М 3Т, Н18К9М5Т) мартенситностаріючих сталей, варійовані термокінетичними умовами, послідовністю й кратністю різних процесів термічної обробки - аустенітизація, зміцнення при старінні, α ↔ γ-перетворення у міжкритичному діапазоні температур. Обгрунтовано роздільний і спільний вплив розміру аустенітного зерна та об’ємної долі частинок інтерметалідних фаз на закономірності зміни й взаємозв’язок характеристик міцності, пластичності та тріщиностійкості при термічному зміцненні. Встановлено вплив аустеніту, що формується при α → γ-перетворенні, на підвищення деформативної здатності й тріщиностійкості досліджуваних сталей з урахуванням характеру легування. Визначено структурні умови реалізації пластифікуючого впливу на високоміцний стан мартенситностаріючої сталі на основі виявленого зміщення температурного діапазону повторного α → γ-перетворення в область температур зміцнення при старінні. We analyzed structural parameters controlling the brittleness and ductility of stainless (Kh12N10MT, Kh11N10M2T, and Kh13N9D2MT) and high-tensile (N18M3T and N18K9M5t) maraging steels. Variation of these parameters can be achieved by thermal-kinetic conditions, sequence and multiplicity of application of various heat treatment processes, such as austenitization, hardening/ageing and α ↔ γ phase transition in the subcritical temperature range. We justified an individual and joint influence of austenite grain size and volume ratio of intermetallic phase particles on the behavior and interaction of characteristics of strength, plasticity and crack resistance at thermal strengthening. We determined the influence of austenite formed in the α → γ phase transition on the increase in deformability and crack resistance of steels under study with the account of the elements added to the steel alloy. Based on the shift towards the temperature range of hardening/ ageing discovered in the temperature range of the recurring α → γ phase transition, we defined the structural requirements for the plastizicing effect occurring in the high-tensile state of maraging steel. ru Інститут проблем міцності ім. Г.С. Писаренко НАН України Проблемы прочности Научно-технический раздел Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей Study of Structural Requirements for the Improvement of Characteristics of Strength, Plasticity and Crack Resistance of Martensite Steels Article published earlier |
| spellingShingle | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей Нижник, С.Б. Усикова, Г.И. Научно-технический раздел |
| title | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей |
| title_alt | Study of Structural Requirements for the Improvement of Characteristics of Strength, Plasticity and Crack Resistance of Martensite Steels |
| title_full | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей |
| title_fullStr | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей |
| title_full_unstemmed | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей |
| title_short | Исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей |
| title_sort | исследование структурных условий повышения характеристик прочности, пластичности и трещиностойкости мартенситностареющих сталей |
| topic | Научно-технический раздел |
| topic_facet | Научно-технический раздел |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/46202 |
| work_keys_str_mv | AT nižniksb issledovaniestrukturnyhusloviipovyšeniâharakteristikpročnostiplastičnostiitreŝinostoikostimartensitnostareûŝihstalei AT usikovagi issledovaniestrukturnyhusloviipovyšeniâharakteristikpročnostiplastičnostiitreŝinostoikostimartensitnostareûŝihstalei AT nižniksb studyofstructuralrequirementsfortheimprovementofcharacteristicsofstrengthplasticityandcrackresistanceofmartensitesteels AT usikovagi studyofstructuralrequirementsfortheimprovementofcharacteristicsofstrengthplasticityandcrackresistanceofmartensitesteels |