Структура и свойства патентированной на нижний бейнит и деформированной пружинной стали
Известно, что изотермическая обработка на нижний бейнит обеспечивает сочетание у стали высокой прочности наряду с повышенной пластичностью и вязкостью. Учитывая эти последние свойства, можно осуществить деформационное упрочнение стали со структурой нижнего бейнита. Это и было впервые показано А.А. Сазоновой на примере стали У7А, которую подвергали изотермической обработке в области перлитного (при 430—500° С) и промежуточного превращения (при 300° С) и последующему волочению с обжатием 92%. Было показано, что предварительная обработка на нижний бейнит (превращение при 300° С) обеспечивает наивысшее упрочнение [ов = 3030 Мн/м2 (309 кГ/мм2)] при сохранении практически той же пластичности (w = 35%), что и после обычного патентирования (превращения при 500° С, 2 мин), хотя прочность в последнем случае значительно меньше [ов = 1910 Мн/м2 (195 кГ/мм2)).
Н.И. Попов показал, что после патентирования стали 50ХФА на сорбит и нижний бейнит ее прочность (ов) практически одинакова: 1070 Мн/м2 (109,7 кПмм2) и 1050 Мн/м2 (107,5 кГ/мм2) соответственно. Точно так же мало различается прочность стали в указанных исходных структурных состояниях и после деформации. Так, после волочения с обжатием 75% пределы прочности составляют в первом случае 1655 Мн/м2 (169,2 кГ/мм2) и 1675 Мн/м2 (170,7 кГ/мм2) — во втором. Вместе с тем, технологически удобнее и экономичнее проводить патентирование при 420° С на нижний бейнит в селитровых ваннах, широко применяющихся в промышленности, чем при 600° С на сорбит в свинцовой ванне.
Поскольку продолжительность превращения переохлажденного аустенита при 420° С требует довольно длительного времени, Н.И. Попов предложил два новых состава хромованадиевой стали: 60Х05Ф и 67Х05Ф, в которых за счет снижения содержания хрома до 0,5% период распада переохлажденного аустенита сократился примерно в три раза. Как показал Н.И. Попов, патентирование на нижний бейнит с последующей деформацией и закалкой с применением электроконтактного нагрева обеспечивает высокий уровень механических свойств пружинной проволоки из хромованадиевой стали. В этом случае значение патентирования на нижний бейнит состоит также и в том, что в процессе превращения аустенита не происходит перераспределения легирующих элементов между присутствующими фазами. Поэтому и при последующем скоростном нагреве до аустенитного состояния для закалки состав аустенита быстро выравнивается, чему также способствует предшествующая деформация.
Таким образом, имеются определенные преимущества применения патентирования легированной стали на нижний бейнит.
В работе было проведено сопоставление деформационного упрочнения пружинной стали марок У8А и 80С2ХА практически во всех структурных состояниях: мартенсит закалки, мартенсит отпуска (отпуск при 100 и 200° С), сорбит отпуска (отпуск при 600° С), изотермическая закалка на нижний бейнит (условия превращения: 300° С, 1 ч), патентирование на структуру сорбита (для стали У8А: 520° С, 15 мин; для 80С2ХА: 600° С, 20 мин). После обработки указанных видов сталь деформировали с большим обжатием (образцы с мартенситной структурой практически не удалось продеформировать). Наибольшее упрочнение в результате волочения с обжатием —80% достигается после предварительной изотермической обработки на нижний бейнит, хотя пластичность проволоки оказалась ниже, чем после обычного патентирования на сорбит. Самые низкие свойства были получены у стали со структурой сорбита отпуска (табл. 3). Данные табл. 3 показывают, что патентирование на нижний бейнит весьма эффективно.
Для деформации стали с бейнитной структурой характерна иная закономерность упрочнения, чем после обычного патентирования — линейный рост прочности с увеличением степени обжатия (рис. 31). Равные прочности стали со структурой нижнего бейнита и сорбита достигаются после разных степеней обжатия — меньших для первого структурного состояния. Так, у стали типа 70К4С1 предел прочности 2650 Мн/м2 (270 кГ/мм2) достигается в случае бейнитной структуры после обжатия 43% (w = 51 %), а в условиях обычного патентирования на сорбит — после обжатия 95% (w=35%). В то же время после высоких степеней обжатия (90%) стали, обработанные па нижний бейнит,обладают существенно большей прочностью, но выдерживают значительно меньшее число скручиваний. Так, сталь 65Г после этой обработки и деформации имеет предел прочности 2730 Мн/м2 (279 кГ/мм2) при числе скручиваний 32, тогда как после патентирования на сорбит значения этих свойств равны соответственно 2420 Мн/м2 (247 кГ/мм2) и 45.
Однако, по данным той же работы, изменение прочностных свойств в результате старения при 200° С стали со структурой нижнего бейнита меньше (5,9%), чем после предварительного патентирования (7,3%). Эта меньшая склонность к старению — достоинство обработки на нижний бейнит. Другое достоинство этой предварительной обработки — лучшая релаксационная стойкость стали при нагреве, что важно для пружин.
