Специальные стали и сплавы

1)после  сварки

2)после  неправильно выполненной гор  пласт деформации или закалки

     3. ↓ опасность образования флокенов в полутеплостойких сталях типа 5ХНВ, 5ХНМ и др, чувствительных к их возникновению вследствие присутствия в них водорода и использования в виде крупных поковок 

      Указанные цели решаются в процессе перекристаллизации или рекристаллизации, а также  коагуляции карбидных или интерметаллидных частиц во время нагрева, охлаждения или изотермических выдержек при отжиге.

      Тнагр при отжиге ИС обычно выбирают немного  выше А_с1: для сталей типа У11А, У12А 760…780⁰С,

для лег  сталей типа ХВСГ, 9ХС: 780…810⁰С.

для высоколег  хромистых сталей типа Х12М, Х6ВФ и  др: 830…870⁰С

для высоколег  быстрореж Р6М5, Р12, Р18, Р6М5К5, Р12Ф3 и др Тотжига выбирается 850…880⁰. Выдержка при указанных Т обычно составляет 2…3часа после окончательного прогрева, скорость охлаждения до цеховой Т не д превышать 25⁰/ч для быстрореж и 50⁰/ч для остальных сталей.

Иногда  для ускорения обработки и ↓ потерь Ме в окалину при нагреве применяют изотермический отжиг, когда после окончательного нагрева и выдержки сталь охлаждают вместе с печью до Т минимальной устойчивости γ_{переохл}, кот для углеродистых сталей= 680…700⁰, для лег ИС 700…720⁰, для высколег ИС 720…750⁰С. После выдержки, составляющей от 2 до 4 часов для углеродистых и лег ИС или от 4 до 5 часов для высоколег, проводят охлаждение со скоростями, указанными выше, до Т 600…720⁰, а затем охлаждение на спокойном воздухе до цеховой Т.

      Полутеплостойкие  стали типа 5ХНМ вместо отжига подвергают отпуску при Т 680…720⁰С, т.к. переохлаждённый γ этих сталей имеет особо высокую устойчивость, а Т его минимальной устойчивости дост низкая. Эти факторы значительно ↑ продолжительность отжига, ↓ скорость коагуляции карбидов и поэтому затрудняют получение низкой НВ

      Структура ИС после отжига

      ИС  в зависимости от хим состава  относятся преимущественно к  заэвтектоидным или ледебуритным сталям. Структура заэвт углеродистых сталей состоит из П и Ц. Содержание л.э. в Ц легированных заэвт сталей близкО к их средней концентрации в стали. Превышение содержания л.э. в стали сверх их растворимости в Цементите приводит к образованию в структуре стали карбидов легирующих компонентов аналогично процессам в КС. Структура ледебур быстрореж сталей состоит из Перлита и карбидов типа Ме₆С, Ме₂₃С₆ и МеС, а высокохромистых – из перлита и карбидов типа Ме₇С₃. Часть этих карбидов относится к вторичным, т.е. растворяющимся при нагреве до Т-р закалки в γ, а др часть – к эвтектическим, или ледебуритным. Они не растворяются при нагреве под закалку, и тем самым препятствуют росту зёрен γ. Кроме того, эти карбиды ↑ износостойкость инструментов.  

      Закалка ИС

      Цель  закалки ИС состоит в одновременном  выполнении след условий:

     1. Получение Мартенсита с концентрацией С и лег компонентов, обеспечивающей заданные значения НВ и теплостойкости после отпуска, а также обеспечение необходимой прокаливаемости;

     2. Сохранение мелких зёрен γ  для предупреждения снижения  прочности и вязкости сталей в результате перегрева. 

      Первая  задача решается благодаря растворению  при нагреве до Т-р закалки  эвтектоидных и большинства вторичных  карбидов, С и лег компоненты которых  переходят в γ, а после охлаждения с дост скоростью – в М, однако, значительное растворение вторичных карбидов вызывает рост зерна γ и ↓ прочности. По этим причинам Тзакалки заэвтектоидных и ледебуритных сталей устанавливают не ниже Т-р нагрева, соответствующих интенсивному растворению в γ основных карбидов стали, но не выше Тнагр , вызывающих рост γ зёрен менее 9 балла стандартной шкалы. Тзак соответствует нагреву

     1) немного выше А_с1 для сталей с осн карбидной фазой Ц, в т.ч. легированным – это нетеплост стали с отн небольшой концентрацией лег компонентов, т.е. стали неглубокой прокаливаемости типа 9ХФ, 13Х и др и глубокой прокаливаемости типа 9ХС, ХВГ и др. Тзак этих сталей обычно лежит в пределах 800…860⁰

     2) до Т 1000…1060⁰ для сталей, карбидная фаза которых в основном состоит из карбидов на основе Cr и карбидов типа Ме₇С₃ и Ме₂₃С₆. Эти карбиды растворяются в γ при указанных температурах.  
Это теплостойкие стали типа 4Х5ВФС, 3Х3М3Ф и др, а также высокохромистые стали повышенной прокаливаемости типа Х12М

     3) более 1100⁰С для сталей с увеличенным количеством карбидов типа Ме₆С, устойчивость которых при нагреве выше, чем карбидов типа Ме₂₃С₆.

Содержание  С и лег компонентов в твёрдом  растворе после закалки многих нетеплостойких сталей для режущих инструментов, штампов холодного деформирования и ударных инструментов, а также  теплостойких и полутеплостойких сталей для горячего деформирования, незначительно отличается от состава стали. Это объясняется тем, что составы большинства из них близки к эвтектоидному, и поэтому содержат небольшое количество избыточных карбидов. Вместе с тем, состав твёрдого раствора ледебуритных сталей, т.е. быстрорежущих, а также высокохромистых для штампов холодного деформирования, существенно отличается от среднего химического состава стали из-за присутствия в их структуре после закалки эвтектических карбидов. С ↑ Таустенитизации количество карбидов в быстрорежущих сталях ↓, а содержание С и лег компонентов в твёрдом растворе, а также количество γ_ост ↑, при этом теплостойкость стали ↑, но прочность ↓. Т.о., структура ледебуритных и заэвтект сталей после закалки состоит из М, карбидов и γ_ост, количество кот зависит от состава сталей и Тзакалки.

      Наиболее  распространёнными видами закалки  ИС явл закалка с непр охлаждением, ступенчатая и изотермическая закалка. 

гультожихурозатиргуль 

      03.11.11

Эйнштейн, Грачев, Векслер Специальные стали 

      Закалке с непрерывным охлаждением в  воде и вод растворах щелочей  и солей подвергают инструменты  из стали неглубокой прокаливаемости, переохл γ которых отличается малой устойчивостью: У12, 9ХФ и др. Закалке с непрерывным охлаждением в масле подвергают реж и штамповые инструменты простой формы с невыс прокаливаемостью Х, 9ХС и др, также стали наиб прокаливаемости – Х12М и др. и инструменты из быстрореж сталей. К недостаткам закалке с непр охлаждением можно отнести опасность образования трещин и большие деформации, возникающие в инструментах, особенно при охлаждении в воде и в вод растворах, поэтому наиб широко применяемый вид закалки инструментов – ступенчатая закалка, в ходе кот инструменты охлаждают до температур, превышающих температуру Мн, т.е. начала М превращения, а затем подвергают изоТ выдержке при Т начала М превращения. Продолжительность выдержки выбирают такой, чтобы выровнять Т по объёму инструмента и ↓тем самым термические напряжения, исключив при этом выделение карбидов из γ и, соответственно, ↓ его легированности. Последующее охлаждение на спокойном воздухе позв \/ т.н. структурные напряжения, благодаря ↓ю скорости охлаждения инструментов в интервале Т март превращения. Ступенчатой закалке обычно подвергают инструменты из сталей глубок прокаливаемости 9ХС, ХВГ и др., стали наиб прокаливаемости: Х12М, Х6ВФ и др., а также инструменты из быстрореж сталей.1

      Изотермическую  закалку чаще всего применяют для штампов хол деформирования с НВ до 59 HRC, изготавливаемые из сталей ХВГ, ХВСГ. Продолжительная выдержка при температурах немного выше Т Мн, исключает март превращение и, тем самым, резко ↓ деформацию инструментов, а полученная структура нижнего бейнита придаёт сталям после закалки повышенную вязкость.2

      Инструменты особо сложной формы, в которых допускаются лишь минимальные деформации при ТО, изготавливают из сталей наибольшей прокаливаемости типа 7ХГ2ВМ и Х12М и охлаждают на спокойном воздухе. При выполнении любого вида закалки особенно важно применять для нагрева специальную ванну или печи с защитной средой, или вакуумные печи для предупреждения сильного обезуглероживания и окисления поверхности инструментов. Это условие наиболее трудно выполнить для штампов и режущих инструментов больших размеров. 

      Отпуск  ИС 

      Цель  отпуска – формирование заданного уровня свойств инструментов путём изменения структуры закалённых сталей.

      Превращения, протекающие при  отпуске и соответствующие  им изменения свойств.

      Нагрев  закалённых сталей при отпуске до Т 150…200⁰ вызывает выделение из М мелких пластин ε-карбида и Ц и ↓е концентрации С в мартенсите без заметного снижения содержания лег компонентов, т.к. их концентрация в ε-карбиде и в Ц, и мартенсите остаётся практически равной. Такой отпуск лишь немного ↓ НВ сталей, но заметно ↑ их прочность и вязкость, чему дополнительно способствует ↓е уровня закалочных напряжений. При этом γ_ост остаётся непревращённым. Нагрев ИС при отпуске до 250…280⁰ приводит к заметному ↓ю концентрации С в мартенсите, ↑коагуляции цементита и ↓НВ сталей, но ↑ их прочность и вязкость. Отпуск при указанных температурах позволяет практически полностью превратить γ_ост в нетеплостойких сталях, однако, это не компенсирует ↓е НВ сталей в результате распада мартенсита при нагреве до 250…270⁰. Дальнейший нагрев при отпуске до 300…560⁰ вызывает:

      1. Дальнейшее ↓ НВ до 55…35 HRC, вследствие коагуляции Ц у нетеплостойких и полутеплостойких сталей, но вязкость при этом сильно ↑. Исключение составляют высокохромистые стали типа Х12М, Х6ВФ и др. , которые сохраняют повышенную НВ 52…55 HRC при отпуске до Т 420⁰, как следствие замедленного распада М из-за увеличенной концентрации Cr.

      2. Заметное ↑е НВ теплостойких сталей в результате выделения из мартенсита большого количества мелких частиц карбидов или интерметаллидов легирующих элементов типа Ме₂С, Ме₂₃С₆, МеС, Ме₇, Ме₆. Кристаллическая решётка этих частиц обычно когерентно связана с решёткой мартенсита. НВ ↑ до 62…68 HRC у быстрорежущих и до 48…55 HRC у штамповых сталей для горячего деформирования в результате отпуска при 560⁰ и 500…550⁰ соответственно. γ_ост, фиксируемый в структуре теплостойких сталей после закалки во время отпуска при нагреве до Т 450…560⁰ обедняется С и лег компонентами. Вследствие этого, Тначала март превращеня ↑ и оказывается выше Т цеха. Последующее охлаждение инструментов от Тотпуска до цеховой Т вызывает превращение γ_ост теплостойких сталей в мартенсит. Для его полного превращения в быстрорежущих сталях обычно необходим трёхкратный отпуск, а для штамповых сталей достаточен однократный отпуск инструмента.

      Установлено, что у всех теплостойких сталей наблюдается сильное ↓ вязкости и пластичности в результате отпуска на max HB. Нагрев теплостойких сталей выше Т 560…580⁰ приводит к интенсификации процессов рекристаллизации, потере когерентности, растворению части упрочняющих фаз и превращению метастабильных карбидов в стабильные (напр, карбидов Ме2С в Ме6С). Эти процессы вызывают ↓е НВ, но заметно ↑ вязкость сталей.  

      Выбор Т_{отпуска}.

      В соответствии с превращениями, протекающими при нагреве и изменением свойств, обычно устанавливаются следующие Т отпуска:

      1. 150….200⁰ для нетеплостойких сталей с НВ 55…65 HRC – реж инструменты и штампы холл деформирования;

     2. 510…600⁰ для полутеплост сталей с НВ 40…45 HRC, что позволяет получить особенно высокие значения вязкости.

      3. 560…580⁰ для быстрорежущих сталей с НВ 62…68 HRC

      4. 550…570⁰ для теплостойких штамповых сталей с НВ 45…55 HRC. 

     Отпуск  быстрореж сталей при указанной  Т позволяет получить макс значения НВ, а штаповых сталей – высокую  вязкость, т.к. в последнем случае проводится при температурах, превышающих Тнагрева на max НВ.

     •••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 

     Стали и сплавы машиностроительные и специального назначения.

     Эти стали оцениваются не только по мех  свойствам при комнатной температуре, как и стали общего назначения, но и по ряду других свойств, таких как механических при низких и высоких Т, физ и хим свойств и ряда технологических свойств. Это вызвано тем, что такие стали необходимы в отдельных отраслях техники для эксплуатации в строго определённых условиях, напр, при значительных напряжениях, при отрицательных или сверхвысоких температурах, в условиях износа при динамических и гидроабразивных нагрузках и т.д. 

     Стали особо высокой  прочности и вязкости (мартенситно-стареющие)

     Это стали, упрочняемые в результате март превращения при закалке  и последующего дисперсионного твердения  при отпуске. По составу март стареющие  стали – это практически безуглеродистые, сложные и высоколегированные Ni, Co, Mo, Ti и Be стали. Март-стареющие стали при доп легировании Cr(~12%) становятся стойкими против коррозии, в т.ч. и в сильноагрессивных средах. Технологические свойства этих сталей повышенные, т.е. хорошая свариваемость, хорошая обрабатываемость резанием и пластичность в закалённом состоянии и незначительная деформация деталей при отпуске, создающем высокие мех свойства и обычно выполняемом после резания. Все мартенситно-стареющие стали особовысококачественные. Их выплавляют преимущественно вакуумно-дуговым или вакуумно-индукционным способом. Из-за действительно высокой стоимости март стареющие стали применяют для наиб ответственных деталей. Многочисленные и отличающиеся по составу март-стареющие стали можно разделить на 3 группы: