Общая характеристика свойств и обработки пружинных сталей » Ремонт Строительство Интерьер

Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Общая характеристика свойств и обработки пружинных сталей

10.06.2021

Самый распространенный класс пружинных сплавов — стали, упрочняемые мартенситным превращением. Эти стали используют в различных областях машиностроения и приборостроения для изготовления весьма ответственных упругих элементов. Если совсем недавно к этому классу относили главным образом углеродистые, низко- и среднелегированные стали, то в настоящее время в связи с ростом требований к упругим элементам в него следует включить новые высоколегированные и, наконец, безуглеродистые мартенситно-стареющие стали. Помимо новых составов пружинных сталей, обеспечивающих более высокий уровень свойств упругих элементов, в последнее время разработаны новые методы металлургического производства, термической и термомеханической обработки, которые также позволяют существенно повысить основные свойства указанных изделий.

Хотя пружинные стали этого класса представлены большим числом марок, их все объединяет общий механизм упрочнения, основанный на мартенситном превращении. Это превращение, происходящее при закалке, обеспечивает высокие значения твердости и прочности, характеризующие сопротивление металла значительным пластическим деформациям. Однако сопротивление малым пластическим деформациям — основная характеристика пружинных сплавов — после закалки оказывается низким.

Так, у стали с 0,2% С предел упругости (о0,0002) составляет после закалки —130 Мн/м2 (13 кГ/мм2), у стали с 0,4% — около 140 Мн/м2 (14,2 кГ/мм2), а у стали с 0,8% С — 200 Мн/м2 (20,4 кГ/мм2). Таким образом, с ростом содержания углерода у стали, закаленной в обычных условиях, т. е. когда не исключены процессы самоотпуска и старения, увеличивается сопротивление микропластическим деформациям.

Однако в условиях закалки, исключающих процессы перераспределения атомов углерода в решетке мартенсита, сопротивление микропластическим деформациям существенно ниже по абсолютной величине. Так, по данным Ю.Г Андреева, напряжение течения стали У8, вызывающее остаточную деформацию ~10в-5, составляет ~50 Мн/м2 (5 кГ/мм2). При этом аппроксимация экспериментально полученной зависимости т = т0 + hVупл дает в области малых упл т0 —> 0 и низкие значения коэффициента упрочнения h.

Измеренный в указанных условиях предел упругости при большем допуске на остаточную деформацию заметно зависит от содержания углерода и количества остаточного аустенита (см. ниже). В частности, по соотношению, полученному И.Н. Кидиным, М.А. Штремелем и Ю.Г Андреевым: T002 = (—29,88±10,76) + (144,27±16,51) VС — (3,27±0,62) V + (0,06—0,01)*V2 — (1,56±0,69) CV, где т0,02 — предел упругости, кГ/мм2; С — содержание углерода, % (по массе); V — количество остаточного аустенита, % (по объему).

Существенно, что т0,02 здесь пропорционально VС, как и в работе для Fe—Ni—C сплавов.

Полученная концентрационная зависимость напряжения течения (или предела упругости) свидетельствует о том, что гибкая дислокация взаимодействует с атомами углерода только в плоскости скольжения. Характерным для закаленной стали является значительное различие между свойствами, определяющими сопротивление большим и малым пластическим деформациям. Так, отношение ов/о0,0002 для стали с 0,4% С составляет — 11, а для стали с 0,8% С оно равно 8,5. Напомним, что значительное расхождение между этими прочностными свойствами наблюдается и после деформационного наклепа патентированной стали. По-видимому, эта общность в соотношении прочностных свойств связана с определенной общностью и в состоянии субструктуры стали, получающейся в результате фазового наклепа при мартенситном превращении и при сильном деформационном наклепе в процессе обработки патентированной стали.

Предел упругости или напряжение течения, а также твердость закаленной стали, в которой при закалке были исключены процессы диффузионного перераспределения атомов углерода, мало зависит от морфологии кристаллов мартенсита и соответственно от их внутренней субструктуры, хотя с ростом концентрации углерода влияние этого параметра структурного состояния возрастает и двойникованный мартенсит оказывается несколько более прочным.

Таким образом, изменение субструктуры мартенсита не оказывает большого влияния на величину сопротивления малым пластическим деформациям, если, однако, в этом мартенсите во время закалки или после нее не происходили процессы диффузионного перераспределения атомов углерода. В обычных условиях закалки, когда эти процессы неизбежны, достигается достаточно значительный рост сопротивления малым пластическим деформациям с увеличением содержания углерода. Однако еще нельзя количественно оценить вклад в упрочнение, вносимый в этом случае только изменением субструктуры мартенсита и изменением степени диффузионного перераспределения атомов углерода в процессах самоотпуска и старения, которые играют, по-видимому, превалирующую роль.

Как показали И.Н. Кидин, М.А. Штремель и Ю.Г Андреев, степень распада мартенсита при старении и, следовательно, количество препятствий скольжению, линейно зависят от концентрации углерода. Поэтому, по мнению авторов, распад твердого раствора не должен влиять на общий закон упрочнения мартенсита, но абсолютные величины свойств прочности и, особенно, сопротивление малым пластическим деформациям, естественно, выше, чем в случае нераспавшегося мартенсита.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: