автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Формирование комплекса механических свойств и характеристик сопротивления разрушению Fe-Cr-Ni и Fe-Ni-Mo сталей с метастабильным аустенитом

На правах рукописи

Ишина Елена Александровна

0034Э3253

Формирование комплекса механических свойств и характеристик сопротивления разрушению Бе-Сг-Ш и Ге-№-Мо сталей с метастабильным аустенитом

Специальность

05.16.01 - Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Екатеринбург - 2009

003493253

Работа выполнена на кафедре металловедения

ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина"

Научный руководитель: профессор, доктор технических наук,

БАР АЗ ВЛАДИСЛАВ РУВИМОВИЧ

Официальные оппоненты: профессор, доктор технических наук

ПОТЕХИН БОРИС АЛЕКСЕЕВИЧ; УГЛУ ГОУ ВПО

доцент, кандидат технических наук, ШВЕЙКИН ВЛАДИМИР ПАВЛОВИЧ кафедра ОМД ГОУ ВПО УГТУ-УПИ

Ведущее предприятие: ОАО Метизно-калибровочный завод ("ММК-

метиз")

Защита диссертации состоится 11 декабря 2009 г. в 15 ч 00 мин, в ауд. Мт-329 на заседании диссертационного совета Д 212.285.04 по присуждению ученой степени доктора технических наук в ГОУ ВПО "УГТУ -УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" по адресу: 620002, Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, УГТУ-УПИ.

Телефон: (343)375-45-74, факс (343 3759543), e-mail: vrb@mtf.ustu.ru С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "УГТУ-УПИ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" Автореферат разослан 10 ноября 2009 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета

A<ku<J

В.А. Шилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Одной из важных задач современного материаловедения является разработка новых составов и режимов упрочнения машиностроительных материалов с повышенным комплексом физико-механических и функциональных свойств, обеспечивающих возможность безаварийной эксплуатации изделий и конструкций в сложных температур-но-силовых условиях нагружения. Одним из перспективных направлений улучшения свойств сталей и сплавов различного назначения является использование эффекта метастабильности аустенита в условиях приложения механической нагрузки. Структура и свойства сталей с метастабильным ау-стенитом весьма подробно изучены в работах отечественных и зарубежных ученых. Поэтому явление метастабильности аустенита, получившее широкую известность, формально уже не может претендовать на принципиальную научную новизну. Однако вопросы, касающиеся грамотного и обоснованного использования этого физического процесса и, в частности, рассмотрения особенностей влияния развития деформационных мартенситных превращений на формирование характеристик прочности и сопротивления разрушению металлических изделий применительно к конкретным составам сталей и сплавов требуют пристального внимания и представляются, несомненно, актуальными.

Так, весьма важным является учет возможности использования эффекта полиморфного у—>а превращения аустенита в процессе пластической деформации как на стадии предварительной технологической обработки изделия, так и в ходе его эксплуатации при различном уровне напряжений и характере приложения нагрузки. Если иметь в виду такой принципиальный подход, то возникает необходимость определить четкие и приемлемые параметры, с одной стороны, самих материалов, а с другой, рациональной технологии их изготовления и последующей обработки. В этой связи возникает задача, связанная с выбором материала и нужной технологии его обработки, которые обусловлены функциональными особенностями использования рассматриваемого изделия. Именно решению такой научной проблемы посвящено настоящее диссертационное исследование.

Цель и задачи исследования. Основная цель настоящего исследования - выявление влияния метастабильного аустенита на деформационное упрочнение и сопротивление разрушению сталей различного структурного типа на основе Бе-Сг-М и Бе-М-Мо композиций.

В этой связи основными задачами исследования являлось:

1. Обоснование выбора сталей, в которых реализация деформационного "/->а превращения обеспечивается либо на стадии предварительной технологической обработки, либо в процессе непосредственного эксплуатационного нагружения.

2. Изучение влияния параметров термомеханического упрочнения на характер превращения метастабильных у-фазы аустенитной сталях на Ре-Сг-№ основе.

3. Установление оптимальных режимов термомеханической обработки с целью формирования высоких механических свойств проволоки из мета-стабильной хромоникелевой аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ (ЗИ-126).

4. Выявление роли метастабильного аустенита как фактора повышения комплекса механических свойств, характеристик трещиностойкости и сопротивления изнашиванию мартенситно-стареющих Бе-М-Мо сталей.

5. Выработка рекомендаций по оптимизации режимов термического упрочнения конструкционных сталей мартенситно-стареющего класса с ме-тастабильным аустенитом различного структурного типа.

6. Практическое использование аустенитной и мартенситно-стареющих сталей с регулируемой стабильностью у-фазы для получения изделий с требуемым набором функциональных свойств.

Основные научные и практические результаты. Было дано научное обоснование практической применимости регулируемой стабильности у-фазы в зависимости от функционального назначения сталей различного структурного класса. Это может быть реализовано как на этапе предварительной технологической операции, необходимой для формирования требуемых служебных свойств изделия, так и в условиях самого эксплуатационного нагружения. В первом случае объектом рассмотрения являлись пружинные материалы, в которых при эксплуатации в принципе важно исключить даже минимальную возможность микропластической деформации. Во втором случае исследовались материалы, отличающиеся высокой вязкостью разрушения вследствие развития полиморфного у—»а превращения в вершине трещины в ходе эксплуатационного нагружения. С учетом изложенного подхода в работе, рассматривались стали аустенитного и мартенситно-стареющего классов, как наиболее полно отвечавшие сформулированным условиям.

Были выявлены особенности изменения фазового состава, структуры и механических свойств, а также изучены условия накопления несплошно-стей в холоднодеформированных аустенитных Бе-Сг-М сталях с метаста-бильной у-фазой. Характер термомеханического упрочнения таких сталей определяется преимущественно деформационным наклепом и усиливается в результате последующего старения. Эффективность такой обработки непосредственно связана с уровнем метастабильности у-твердого раствора и возможностью образования мартенсита в ходе пластической деформации. Было показано, что вклад мартенсита в деформационное упрочнение, оказывается относительно умеренным, однако существенно возрастает при последующем старении. За счет такого комбинированного режима обработки обеспечивается возможность повышения прочности проволоки до уровня свыше 2500 МГГа.

Было установлено, что для высокопрочных мартенситно-стареющих сталей в зависимости от условий эксплуатационного нагружения оптимальным может быть определенный тип аустенита (остаточный или ревертиро-

ванный), обладающий различной способностью к развитию деформационного мартенситного превращения.

Было показано, что ревертированный аустенит можно в достаточно широких пределах регулировать по составу и объемной доле. При этом он более структурно устойчив и менее склонен к образованию а-фазы при деформации. Вместе с тем его получение связано с термической обработкой в режиме перестаривания, что может вызывать существенное снижение уровня прочностных свойств.

Было установлено, что остаточный аустенит в силу особенностей состава характеризуется меньшей стабильностью по отношению к полиморфному у-» а превращению, однако его труднее количественно регулировать в требуемых пределах..

Практическая реализация научных результатов исследования состояла в разработке технологии изготовления высокопрочных коррозионностойких пружин из аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ, используемых при изготовлении насосов, которыми комплектуются буровые установки, выпускаемые на ОАО "Уралмашзавод". Мартенситно-стареющая сталь 03Н18М5ТЮ, обработанная по режиму, обеспечивающему создание в ее структуре заданного количества ревертированного аустенита, прошла успешную апробацию на ОАО "Каменск-Уральский металлургический завод" в качестве заменителя штамповой стали ЗХ2В8Ф для прессового инструмента горячего деформирования при изготовлении защитных алюминиевых оболочек силовых кабелей.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении соответствующих разделов дисциплин "Специальные стали и сплавы" и "Физические основы прочности, пластичности и разрушения" для студентов специальности 150501 "Материаловедение в машиностроении".

Положения, выносимые на защиту:

1. Обоснование принципа использования метастабильности у-фазы на разных этапах технологического нагружения сталей различного структурного класса (аустенитного и мартенситного) в зависимости от характера их функционального назначения.

2. Особенности влияния мартенсита деформации на упрочнение мета-стабильных аустенитных сталей на Ее-Сг-№ основе на различных стадиях термомеханической обработки.

3. Оценка роли и эффективности использования метастабильности аустенита различного структурного типа - остаточного, ревертированного - в мартенситно-стареющих сталях Ре-Сг-№ и Бе-М-Мо композиций.

4. Научно обоснованные и практически апробированные режимы обработок сталей аустенитного и мартенситно-стареющего классов, обеспечивающие регулируемый эффект у-»а превращения при деформации с целью получения оптимальных характеристик прочности и трещиностойкости.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на всероссийских научно-технических конференциях: конференции "Актуальные проблемы материаловедения", (Ново-

кузнецк, 1997), XXXV конференции "Актуальные проблемы прочности", (Псков, 1999), XTV, XV и XVIII Уральских школах металловедов-термистов (Ижевск, 1998, Екатеринбург, 2000, Тольятти, 2006), конференции "Наука-производство-технологии-экология" (Киров, 2001), П Евразийской конференции "Прочность неоднородных структур" - ПРОСТ 2004 (Москва, МИСИС, 2004)

Публикации. Основные результаты работы были опубликованы в 12 научных работах, из них: 2 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК, 4 статьи в сборниках научных трудов, 6 тезисов в сборниках трудов всероссийских и международных научно-технических конференций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы; изложена на 138 страницах, включает 47 рисунков, 16 таблиц, список литературы содержит 133 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении была обоснована актуальность выбранной темы; сформулированы задачи исследования; отражена новизна полученных результатов, выносимых на защиту; показана их научная и практическая значимость; даны сведения о публикациях автора, структуре и объеме диссертации; представлена апробация результатов работы.

В первой главе были проанализированы литературные данные, касающиеся использования эффекта деформационного превращения аустенита как в процессе упрочняющих обработок, так и при нагружении в условиях эксплуатации сталей и сплавов различного структурного класса. Была отмечена важная роль представителей Уральской школы металловедов-термистов (В.Д. Садовский, И.Н. Богачев. C.B. Грачев и др.) в изучении структуры и физико-механических свойств сталей и сплавов со структурой деформацион-но-метастабильного аустенита.

Было рассмотрено проявление метастабильности аустенита в сталях аустенитного класса, а также его присутствие в мартенситно-стареющих сталях. Была проанализирована роль аустенита в формировании физико-механических свойств, показателей сопротивления разрушению и эксплуатационных характеристик.

На основании проведенного анализа была обоснована цель, а также сформулированы задачи данного исследования.

Во второй главе был описаны материал и методы, применяемые для исследования. В работе использовались 4 модельных сплавов (Х13Н12ТЗЮ, Х13Н12МТЗЮ, Х13Н15ТЭЮ и Х1ЭН17ТЗЮ). В них путем регулирования химического состава (главным образом по никелю в диапазоне 12-17%) обеспечивалась возможность влиять на фазовый состав за счет изменения устойчивости аустенита по отношению к деформационному у—>а превращению.

Метастабильность у-фазы на стадии предварительной технологической обработки была изучена на примере аустенитных сталей 12Х17Н8Г2С2МФ

(ЗИ-126) и 13Х18Н10ГЭС2М2 (ЗИ-98). Они относятся к сталям промышленного типа с карбидным упрочнением и являются оригинальными разработками кафедры металловедения УГТУ-УПИ.

Роль аустенита различной стабильности на формирование физико-механических и служебных свойств мартенситно-стареющих сталей, была рассмотрена на примере промышленных сталей ОЗН18М5ТЮ (ЧС-5У), 01Ш8К9М4ТЮ (ЧС-4); 03X11Н10М2Т (ЭП-678) и 03Х10Н8К9М4Т (ЗИ-127).

Химический состав исследованных сталей приведен в табл.1.

Таблица. 1 Химический состав исследуемых сталей

Марка сталей Содержание легирующих элементов, %

С Si Мп № Мо Со Cr Ti AI V Nb P,S

Х1ЭН12ТЗЮ 0,04 0,45 0,37 11,85 13,0 2,76 0,38

X13H12MT3K) 0,03 0,6 0,45 12,65 0,97 2,44 0,49 0,014, 0,015

Х13Н15ТЗЮ 0,04 0,43 0,42 14*35 13,12 2,90 0,43

Х13Н17ТЗЮ 0,05 0,44 0,5 16,90 12,95 2,90 0,38

12Х17Н8Г2С2МФ 0,12 1,39 1,93 8,0 1,18 16,6 0,76 0,019, 0,025

13Х18Н10ГЗС2М2 0,13 1,9 3,15 10,0 2,08 18,3 0,016, 0,025

03X10H8K9M4T 0,03 7,0 4,0 9,0 9,0 0,75 0,16 0,15 0,005, 0,011

03Х11Н10М2Т 0,03 0,17 9,4 1,97 11,0 0,85 0,28 0,006, 0,010

03Н18М5ТЮ 0,025 0,12 18,15 4,63 1,44 0,13 0,005, 0,011

01Н18К9М4ТЮ 0,02 18,7 4,2 8,7 0,23 0,75 0,25 0,005, 0,011

Для проведения исследований были использованы следующие методики.

Механические испытания на растяжения (согласно рекомендациям ГОСТ 1497-84) проводились на универсальных испытательных машинах EUS-20, Инстрон-1185. Для проведения испытаний на ударный изгиб (в соответствии с ГОСТ 9454-84) использовались маятниковый копер МК-30 и инструментированный копер Tinius Olsen 542IT с записью диаграммы ударного нагружения. Испытания на релаксацию напряжений проводились по схеме В.И. Саррака на круглых образцах диаметром 5,0 и 7,5 мм на испытательных машинах EUS-20 и Инстрон-8001. Статическая трещиностойкость (вязкость разрушения) оценивалась согласно рекомендациям ГОСТ 25.506-85

с помощью силового критерия разрушения Кю (Кс), определенного в условиях плоской деформации и плоского напряженного состояния соответственно.

Циклическое деформирование образцов исследуемых материалов и испытания на циклическую трещиностойкость осуществлялись с частотой 10 Гц в режиме контроля по напряжению на испытательных машинах Инс-трон-1273, Еи8-20 и Инстрон-8801 в условиях симметричного знакопеременного (11=-1) и отнулевого знакопостоянного (11=0,1) нагружения. Все механические испытания проводились в интервале температур -196...20°С.

Рентгеноструюурный метод применяли для проведения фазового количественного анализа. Съемка осуществлялась на дифрактометре ДРОН-2,0 в кобальтовом Кд излучении.

Электронно-микроскопические исследования включали в себя изучение тонкой структуры сталей и определение их фазового состава. Исследования выполняли на электронном микроскопе 1ЕМ-200СХ при ускоряющем напряжении 200 кВ. Микрофрактографический анализ изломов образцов проводился с использованием растрового электронного микроскопа ^М-Ш.

Магнитометрический метод применялся для определения количества а-фазы. С этой целью использовали магнитометр Штейнберга с напряженностью магнитного поля 3,5-103 Э.

Испытания на износостойкость при трении проводились на воздухе по схеме "палец-пластина".

Испытание материала на абразивную износостойкость осуществлялись при трении о закрепленный абразив - шлифовальную бумагу (М100) при возвратно-поступательном движении образца.

Определение плотности деформированной и отожженной стали осуществлялся методом гидростатического взвешивания.

Основой для расчета поврежденности (т.е. несплошностей, формирующихся вследствие накопления дефектов) являлись зависимости пластичности стали ХР от термомеханических параметров процесса пластической деформации.

Диаграммы пластичности строили, проведя механические испытания в камере с регулируемым гидростатическим давлением испытательного блока установки УВД-10кр конструкции кафедры ОМД УГТУ-УПИ для растяжения образцов, что позволило независимо менять показатель напряженного состояния а/т. Изменение параметра Лоде осуществлялось сменой вида испытаний: при растяжении цилиндрических образцов ц<,= -1, при кручении ц„=0.

Усталостные испытания пружин холодной навивки выполнялись путем вращении их вокруг изогнутой продольной оси.

В третьей главе было изучено влияние стабильности у-фазы на термомеханическое упрочнение пружинных сталей на аустенитной основе. В первой части главы рассматривались общие положения относительно поведения модельных аустенитных сплавов с метастабильной у-фазой в условиях термомеханического упрочнения. Основное внимание было уделено более детальному изучению влияния степени стабильности аустенитной фазы на ин-

тенсивность упрочнения на разных стадиях термомеханической обработки. С этой целью проволочные образцы сталей Х13Н12ТЭЮ, Х1ЭН12МТЗЮ, Х13Н15ТЗЮ и Х13Н17ТЭЮ после закалки в воде от 1050°С (выдержка 30 мин) подвергались холодному волочению с общим суммарным обжатием £=85%. При этом фазовый состав сталей различался самым существенным образом. Если в стали с 17% Ni в деформированном состоянии сохранялся только аустенит, то в остальных в зависимости от химического состава количество мартенсита менялось от 8 до 58%.

Заключительная обработка холоднодеформированных сталей проводилась путем старения при 450°С (X13H12T3IO, Х13Н12МТЗЮ и Х13Н15ТЗЮ) и 500°С (Х13Н17ТЗЮ)*.

2500l-

О 8 44 58

Количества мартенсита деформации. %

■ после деформации

после деформации и старения

Рис. 1 Зависимость прироста временного сопротивления аустенитных сталей от количества мартенсита деформации

Как видно из рис. 1, после закалки на пересыщенный у-твердый раствор и последующего холодного волочения рассматриваемые стали Ре-Сг-№-И композиции, относящиеся к различным структурным классам (стабильным и метастабильным), не имели какую-либо принципиальную разницу в уровне прочности, т.к. при волочении упрочнение рассматриваемой группы сталей в основном происходит за счет деформационного наклепа.

Наиболее продуктивно присутствие мартенсита сказывалось на заключительном этапе упрочняющей обработки - при старении. Тем самым присутствие в структуре сталей мартенсита деформации становилось решающим фактором в достижении высоких прочностных свойств преимущественно в условиях последеформационного нагрева (деформационного старения).

Во второй части рассматривалась роль метастабильности у-фазы на стадии предварительной технологической обработки на примере известной Ре-Сг-№ аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ (ЗИ-126), которая используется для производства ответственных пружинных изделий. В отдельных случаях в качестве сравниваемого материала анализировалась стабильная аусте-нитная сталь 13X18Н10ГЗС2М2 (ЗИ-98).

* Эксперименты выполнены совместно с к.т.н. A.H. Маханьковым

Показано, что в стали 12Х17Н8Г2С2МФ эффективное деформационное упрочнение реализовалось на этапе пластической деформации (волочения) и усиливалось последующим старением.

Как видно (рис.2 а), что эта сталь демонстрировала более сильный наклеп, чем ЗИ-98 и после завершающей деформации 85% она имела временное сопротивление, равное 2230 МПа. Именно на стадии холодного пластического деформирования в этой стали удалось реализовать заметный у->а фазовый переход с образованием (более 40%) мартенсита деформации.

Рис.2 Влияние степени деформации при волочении (а) и старения (б) на изменение временного сопротивления (1,2) и количества мартенсита (3) аустенитных сталей 12Х17Н8Г2С2МФ (1) и 13Х18Н10ГЭС2М2 (2)

Дополнительный (и довольно заметный) прирост прочностных свойств может быть получен в результате последующего старения (рис.2б). При нагреве до 400-500°С происходило заметное повышение прочности, максимальный прирост которой составлял около 15%. Начало обратного а-»у перехода в стали регистрировалось при температуре около 500°С. Дальнейшее повышение температуры вызывало резкое уменьшение количества мартенсита и при 750-800°С эта фаза уже не обнаруживалась.

Методом просвечивающей электронной микроскопии (ТОМ) были исследованы образцы стали 12Х17Н8Г2С2МФ, предварительно закаленные и деформированные на 70% в аустенитом состоянии и подвергнутые старению при 500,600,700 и 800°С в течение 1 ч. Было показано, что при температурах максимального упрочнения частицы второй фазы не поддаются разрешению, а их надежное присутствие фиксировалось при температурах около 600°С. Ими являлись карбиды хрома типа Ме2зС6. При более высоких температурах наблюдалась рекристаллизация, при этом была отмечена возможность появления интерметаллидной о-фазы.

Таким образом, в метастабильных аустенитных сталях термомеханической обработкой можно было обеспечить сочетание высокой прочности ~2550 МПа с хорошей пластичностью (число знакопеременных гибов составляло 4-5).

Вместе с тем, как представлялось, использование идеи метастабильно-сти аустенита должно было содержать определенные ограничения, позволяющие избежать возможных негативных последствий.

Так, известно, что сильное деформирование способно приводить к разрыхлению материала, которое при определенных условиях может оказаться неустранимым. При этом присутствие фазы с ОЦК решеткой может усиливать этот физический процесс.

Для построения оптимальной технологической схемы холодного волочения проволочных изделий из аустенитных сталей была использована модель Колмогорова-Богатова. Согласно ей, если показатель поврежденности со превышает некоторую критическую величину, равную 0,5-0,6, то последующей термообработкой (рекристаллизационным отжигом) не удается устранить нарушения сплошности. Это значит, что при промежуточной обработке проволоки на стадии передела эти дефекты будут накапливаться, приводя в конечном итоге к ее обрыву.

С этой целью в работе были предприняты опыты*, использующие указанный подход для создания оптимальной технологии волочения исследованной аустенитной стали. Одновременно с этим изучалась также сталь 13Х18Н10ГЗС2М2, относящаяся к группе аустенитных сталей со стабильной

Как видно (рис.3), в стали с метастабильным аустенитом достижение критических значений поврежденности наблюдалось при меньших суммар-

' Опыты проведены совместно с д.т.н. С.В.Смирновым

11

ных обжатиях. Схожую картину показывали и данные по измерению плотности. В стали, в которой при волочении реализуется мартенситное превращение, наблюдалось более сильное разрыхление.

Эти данные показывали, что при назначении режима холодного волочения важно учитывать это обстоятельство и, следовательно, в сталях с мета-стабильной у-фазой при прочих равных условиях надлежит давать относительно более щадящие суммарные обжатия.

Другая особенность, когда необходимо было учитывать присутствие фазы с ОЦК решеткой, связана со специфическим случаем хрупкого разрушения, проявляющегося в виде механического расслоения холоднотянутой проволоки. Требование нерасслаиваемости являлось необходимым условием для характеристики высококачественной проволоки, идущей на изготовление витых пружин ответственного назначения.

Однако известно, что для метастабильных аустенитных сталей, подвергнутых деформации волочением, характерно неравномерное распределение фаз по сечению проволоки. Мартенситная фаза преимущественно сосредоточена во внутренних слоях проволоки, в то время как поверхностные слои имеют аустенитную структуру, образуя своеобразную аустенитную оболочку. С учетом характера распределения фаз по сечению и схемы нагружения при кручении, когда именно в поверхностных слоях возникают максимальные касательные напряжения, влияние мартенсита, сосредоточенного в центральных участках, в значительной мере нивелируется. Как результат, в настоящих экспериментах эффект расслоения проволоки не фиксировался.

В четвертой главе" рассматривалось влияние метастабильной аусте-нитной фазы в структуре мартенситно-стареющих сталей (МСС) на комплекс механических и служебных свойств, а также на характеристики сопротивления разрушению при различных видах нагружения.

В качестве объекта исследования были выбраны 3 состава опытно-промышленных МСС: 03X11Н10М2Т (ЭП-678), 03Х10Н8К9М4Т (ЗЙ-127) к 03Н18М5ТЮ (ЧС-5У). Для создания в структуре МСС трех типов аустенита использовались следующие обработки: рееертированный аустенит получался при нагреве в двухфазную (у+а) область, остаточный - путем ускоренного нагрева в соляных ваннах в аустенитную область, и более сложная обработка проводилась для получения смешанного аустенита. Она включала перестари-вание, ускоренный нагрев в у-область и последующее упрочняющее старение. Кроме того, использовалась предварительная холодная пластическая деформация методом прокатки с последующим созданием в структуре МСС метастабильного аустенита. Для сопоставления полученных свойств на данных сталях проводилась стандартная термообработка, в ходе которой достигалась максимальная прочность. Для стали 03Х10Н8К9М4Т стандартная обработка на максимальную прочность включала закалку от 950°С и двойное старение при 530 и 500°С в течение 3 часов; для стали ОЗН18М5ТЮ проводилась (согласно ТУ 14-1-811-73) двойная закалка от 920 и 820°С и старение

* При участии консультанта д.т.н. С.В. Гдадковского

при 480°С, 3 я; сталь 03Х11Н10М2Т закаливалась от 920°С и подвергалась старению при 500°С, 3 ч.

Нагружение в области упруго-пластической деформации при а<аи 2.

Изучение особенностей поведения МСС в области малых деформаций с различным содержанием и типом у-фазы было проведено при испытаниях на релаксацию напряжений по схеме В.И. Саррака на сталях 03Н18М5ТЮ и 03X11Н10М2Т при исходным уровне напряжений о = 0,95<з02. Данные испытания показали (рис.4), что развивающееся в этих условиях у—»а превращение способствует усилению эффекта релаксации напряжений. Причем снижение уровня напряжений и увеличение количества мартенсита деформации наиболее активно протекали при первом цикле испытаний. Общее количество образовавшегося мартенсита после всех циклов испытаний составляло 5-9%.

До/оисх 25

1 2 3

Число циклов нагружения

Рис.4 Зависимость снятого релаксационного напряжения Асг/стии от числа циклов нагружения стали 03Х11Н10М2Т после старения Я - температура старения 580°С Я - температура старения 620°С

Усиление релаксации напряжений может играть положительную роль, т.к. при этом наблюдается снижение уровня микронапряжений за счет микропластического сдвига.

Изучение механического поведения стали 03Х11Н10М2Т в условиях знакопеременного циклического нагружения при том же уровне напряжений (сг=0,95со,2) показало, что после старения при 580°С (рис.5), способствующего образованию в структуре стали 10% ревертированного аустенита, сохраняется типичное для МСС деформационное поведение при циклическом на-гружении (деформационное разупрочнение). Оно проявлялось в расширении петли механического гистерезиса с ростом числа циклов. Увеличение температуры старения до 620°С за счет повышения содержания у-фазы до 32% меняло тип деформационного циклического поведения стали 03Х11Н10М2Т от разупрочнения к упрочнению: петля гистерезиса сужалась уже после 100 циклов нагружения. Причем сужение петли согласовалось с изменением количества аустенита, которое резко уменьшалось при первых 100 циклах нагружения, а затем стабилизировалась.

30-1

100 циклов

20-,

1 цикл

Деформация, мм

Деформация, мм

-30-1

(а)

(6)

Рис.5 Кривые деформирования стали 03Х11Н10М2Т после различного количества циклов нагружения при уровне напряжений о =0,95со^: а - старепие 580°С, 3 ч; б - старение 620°С, 3 ч

Нагружение в области пластического деформирования при ао,2<сг^Ов.

Далее в работе рассматривалось влияние метастабильного аустенита в структуре мартенситно-стареющих сталей при достижении более высоких значений напряжений и деформаций - вплоть до наступления момента разрушения образцов.

Влияние ревертированного аустенита на комплекс механических свойств и статическую трещиностойкость было изучено на примере сталей 03Х10Н8К9М4Т и 03Х11Н10М2Т. При этом количество ревертированного аустенита в этих сталей может составлять от 32 до 68%, а температура старения, соответствующая получению максимального содержания у-фазы, меняться в пределах 600-675°С (в зависимости от состава стали).

Как видно (рис.6), незначительное перестаривание в области появления в структуре небольшой доли ревертированного аустенита с точки зрения сочетания прочности и статической трещиностойкости оказывалось более благоприятным, чем режим недостаривания. В последнем случае в температурной области на 30-50°С ниже по сравнению с максимумом прочности наблюдалась минимальная статическая трещиностойкость.

Рентгеноструктурный анализ поверхностей излома разрушения при статическом и циклическом нагружениях показал, что при наиболее высоких температурах старения ревертированный аустенит становится менее стабильным по отношению к пластической деформации и это способствует усилению образования мартенсита деформации. При всех режимах старения количество а-фазы в зоне циклического роста трещины оказалось более высоким, чем в статической зоне.

К.(КДМП«и"

400 150 500 550 МО (30 700 (л I Температура стдрсшя. Т

65 60 55 50 45 40

400 450 500 350 600 650 701) Тсмисргпура стпрепиж. X".

6,%

400 450 500 550 600 650 700 (б) Тиипсрлдо старсння.'С

450 500 550 №0 650 700 Теипертура сптрсипх, 'С

Рис.6 Влияние температуры старепяя на механические свойства и трещиностойкость МСС: (а) - 03ХМН8К9М4Т; (б) - 03ХПН10М2Т 1 - ст„ 2 - Стод, 3 - К1С, 4 — 6,5 —

Использование современного копра с зшисью диаграммы ударного на-гружения (рис.7) позволило при незначительных изменениях в стандартных характеристиках ударной вязкости (КСи, КСУ) выявить, тем не менее, четкое различие в характере разрушения и в соотношении работ зарождения и распространения трещины при различных режимах старения.

1 1111

А= 37,0 Дж,

А3=15,7Дж

1 А„=11,ЗДж

Шл^;

от

Перемещение, м

5-10 Ш1 0.00)5 0.002 0.0035

Перемещение, м

(а) (б)

Рис.7 Осциллограммы ударных испытаний стали 03Х11НЮМ2Т при температурах старения: (а) -при 620оС, 3 ч; (б) - при 580°С, 3 ч А - общая работа на разрушение образца, А3 - работа зарождения трещины; Ар - работа распространения трещины

Влияние аустенита различного типа на комплекс механических свойств было изучено на примере стали 03Н18М5ТЮ. В табл.2 приведены режимы обработок, фазовый состав (содержание аустенитной фазы), механические

свойства, параметры статической трещиностойкости и конструкционной прочности этой стали (для оценки конструкционной прочности сталей использовался двухпараметрический показатель B.C. Ивановой Т= KiC -Стод).

Видно, что наилучшее сочетание прочностных свойств и трещиностойкости при удовлетворительной пластичности достигалось при обработке по режимам 4 и 5, которые обеспечивали появление в структуре остаточного ау-стенита. Причем предварительная холодная пластическая деформация прокаткой с обжатием 30% усиливала положительный эффект.

В то же время обработка на смешанный аустенит (режим 3) оказалась неэффективна, поскольку при наличии наибольшей трещиностойкости одновременно существенно снижались прочностные свойства.

Таблица 2 Влияние режимов обработки на фазовый состав и механические характеристики стали 03Н18М5ТЮ ____

№ п/ Режим обработки Содержание у-фазы, % СГ0,2) МП <гв, МП S, % Ф. % К1С, МПа-м" т, МПа2'м

п исходный излом а а

1 Закалка 920+820°С, старение 480°С, 3 ч 0 0 1880 1930 10 55 71 133,5'103

2 Закалка 920+820°С, старение 525°С, 3 ч 10 6 1625 1690 12 57 79 128,4-10J

3 Закалка 920+820°С, старение 600°С, 3 ч +нагрев 820°С (соль), 5 мин +старение 480°С, 3 ч 30 16 1580 1650 12 56 157*

4 Закалка 920+820°С, + нагрев 820°С (соль) 5 мин +старепие 480°С, 3 ч 7 0 1850 1900 9 57 82 151,7-10"*

5 Закалка 920+820°С, .+ ХОД (прокатка, е=30%) + нагрев 820°С (соль) 5 мин +старение 480°С, 3 ч 10 3 1870 1920 10 56 87 162,7-10j

* Условия плоской деформации из-за высокой вязкости стали не выполнялись и параметр трещиностойкости соответствует значениям Кс. В этом случае расчет показателя конструкционной прочности Т не рассчитывался.

В МСС может наблюдаться резкое снижение пластических свойств, а также характеристик ударной вязкости и трещиностойкости, что обычно фиксируется при понижении температуры, избыточном легировании, при "тепловом охрупчивании" и в условиях сложного температурно-силового на-гружения. При невозможности полного устранения указанных охрупчиваю-щих факторов представлялось целесообразным рассмотреть возможность повышения запаса вязких свойств и трещиностойкости в этих сталях за счет формирования повышенного содержания ревертированного аустенита. С этой целью были проведены низкотемпературные испытания стали 03Н18М5ТЮ в закаленном состоянии, после старения на максимальную прочность, а также после обработки на ревертированный аустенит. Из табл.3

видно, что в перестаренном состоянии сталь обладает большим запасом вязких свойств и трещиностойкосги как при температуре жидкого азота, так и в состоянии теплового охрупчивания.

Таблица 3 Влияние режимов обработки на механические свойства и

статическую трещиностойкость стали 03Н18М5ТЮ

№ п/п Режим термической обработки "0,2, МПа о в, МПа б, % ч», % KCU, МДж/м2 * Klo МПа • мт

1 Нагрев 1200°С -» 900°С,1 ч + старение 480 °С, 3 ч 1730 1840 2 6 0,12/0,08 -159

2 Нагрев 1200°С — 900°С,1 ч + старение 600°С, 3 ч 970 1280 12 31 0,44/0,17 -/90

3 Закалка 920+820°С + старение 600 °С, 3 ч 950 1320 18 59 0,70/0,38 -/68

* В числителе приведены результаты испытаний при t = 20°С, в знаменателе при t = -196°С

Исследование влияния аустенитной фазы различного типа на циклическую трещиностойкость было выполнено на примере стали 03Х10Н8К9М4Т. Было показано (рис.8), что существенное повышение сопротивления малоцикловой усталости на линейном участке диаграммы Пэриса в области ДК >15 МПа-м1Я при сохранении высокого уровня прочностных свойств (ов=1300-1500 МПа) возможно только после старения в двухфазной (у+а) области при 580°С. Такая обработка привела к созданию в структуре 28% ревертирован-ного аустенита, содержание которого в изломе снижалось до 16%.

ДК, МПа м"

Рис. 8 Зависимость скорости роста усталостной трещины dl/dN в стали. 03Х10Н8К9М4Т от размаха коэффициента интенсивности напряжений ДК: 1 - закалка 950°С + старение 530°С, 4 ч + старение 500°С, 1 ч; 2 - закалка 950 °С + 950 °С (соль), 15 мин + 800 °С (соль), 15 мин + старение 530 °С, 4 ч + старение 500°С, 1 ч; 3 - закалка 950 °С + старение 580 °С, 3 ч; 4 - закалка 950 °С + старение 620 "С, 3 ч; 5 - закалка 950°С + старение 660°С, 3 ч; 6 - закалка 950°С + старение 720°С, 3 ч

Повышение температуры старения до 700°С, несмотря на рост количества ревертированного аустенита до 68% и снижения его стабильности, вызывало резкое разупрочнение стали 03Х10Н8К9М4Т и приводило к снижению циклической трещиностойкости по сравнению со стандартной обработкой.

Было установлено, что в отличие от статической трещиностойкости сопротивление росту трещины в условиях циклического нагружения в области ДК=10-25 МПа-м1/2 не удалось улучшить за счет формирования в структуре стали остаточного аустенита методом ускоренного нагрева в у-область.

Для оценки влияния метастабильного аустенита в структуре МСС на механическое поведение в условиях контактного трения проводились (в ПЛМ УГТУ-УПИ и в ИФМ) трибологические испытания стали 03Н18М5ТЮ на абразивное и адгезионное изнашивание*.

Показано, что независимо от типа и объемной доли аустенитной фазы в интервале невысоких скоростей трения (0,07 и 0,14 м/с), в стали 03Н18М5ТЮ достигались близкие значения показателей износостойкости, а также и прироста микротвердости в поверхностном слое. Некоторое различие наблюдалось в условиях сухого трения при нагрузке 600 Н. В этом случае ревертированный и остаточный аустенит одинаково оказывали положительное влияние на сопротивление износу.

В пятой главе изложены данные, касающиеся оптимизации технологических режимов упрочняющих обработок, позволившие сформулировать рекомендации относительно прикладного характера использования результатов исследования.

Научный подход, положенный в основу условий рационального применения возможностей аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ, был реализован при разработке оптимального режима обработки проволочного полуфабриката, используемого в дальнейшем для получения высококачественных пружинных изделий.

Так, применительно к этой стати с учетом оптимального построения схемы холодного волочения были изготовлены витые пружины из проволоки, имеющей различную величину суммарного обжатия на готовом размере -70 и 85%. На рис.9 приведены данные, иллюстрирующие усталостные свойства винтовых пружин, прошедших заключительное деформационное старение при 450 и 500°С. Видно, что лучшую выносливость (почти в 4 раза) демонстрируют пружины, полученные из проволоки, подвергнутой умеренному деформированию на 70% по сравнению с теми, обжатие которых составляло 85%. При этом сами проволочные заготовки характеризовались высоким уровнем прочностных свойств (1880 и 2200 МПа соответственно).

Эти данные были использованы для выполнения экспериментов по практическому применению из стали 12Х17Н8Г2С2МФ цилиндрических пружин, которыми комплектуются клапаны насосов (ЗАО "Уралпроммаш") для буровых установок.

* Эксперименты выполнены при участии д.т.н. Л.Г.Коршунова и к.т.н. И.Н.Веселова.

18

О —-—--

12 3 4

Рис.9 Усталостпая стойкость винтовых пружин из аустенитной стали 12X17Н8Г2С2МФ:

1 - закалка + деф.70% + стар.450°С; 2 - закалка + деф.70% + стар.500°С;

3 - закалка + деф.85% + стар.450°С; 4 - закалка + деф.85% + стар.500°С.

Относительно сталей мартенситно-стареющего типа - была рассмотрена возможность использования сталей со структурой ревертированного ау-стенита в качестве инструмента для горячего деформирования.

Сравнительные испытания* мартенсатно-стареющих сталей 03Х11Н10М2Т и 01Н18К9М5ТЮ после термической обработки на максимальную твердость (закалка и старение при 500 и 480°С соответственно, выдержка 3 ч) и базовой стали ЗХ2В8Ф на износостойкость в условиях сухого трения выявили возможность эффективного использования МСС на Бе-№-Мо основе с ревертированным аустенитом в качестве альтернативного материала для инструмента горячего деформирования.

Скорость скольжения, м/с

I

- Рис.10 Зависимость приведенного износа от скорости скольжения

при испытаниях стали 03Н18М5ТЮ на адгезионное изнашивание. Исходная обработка - закалка 920+820"С: 1- стар. 480°С; 2 - стар. 550°С; 3 - стар. 600°С; 4 - ионное азотирование

Испытания на сухое трение в более широком диапазоне скоростей скольжения (0,75-4,5 м/с) показали (рис.10), что сталь 03Н18М5ТЮ после старения ;-

При участии консультанта д.т.н. C.B. Гладковского

при повышенных температурах 550 и 600СС при скоростях скольжения свыше 2 м/с характеризуется меньшим приведенным износом по сравнению со стандартной обработкой на максимальную прочность путем старения при 480°С.

Это дало основание рекомендовать данную сталь как заменитель штатной штамповой стали ЗХ2В8Ф в качестве инструмента (матриц и дорнов) для горячего деформирования алюминиевых оболочек свинцовых кабелей.

Полученные в работе результаты исследования МСС и, в частности, стали 03Н18М5ТЮ, рекомендованной для изготовления прессового инструмента взамен стали ЗХ2В8Ф, были приняты к опытному внедрению на участке горячего прессования алюминиевых изделий на ОАО "Каменск-Уральский металлургический завод".

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Обоснован принцип выбора сталей двух структурных классов - ау-стенитного и мартенситно-стареющего, характеризующихся способностью к полиморфному у—»а превращению в условиях деформационного нагруже-ния. Это диктовалось целесообразностью использования эффекта метаста-бильности у-фазы на разных этапах механического нагружения сталей в зависимости от характера их функционального назначения - либо на этапе предварительной обработки, либо в условиях эксплуатации.

2. Показано, что в качестве материалов, в которых осуществление деформационного у—»а превращения следует ограничить только этапом предварительной упрочняющей обработки, целесообразно использовать пружинные стали аустенитного класса на Fe-Cr-Ni основе. Мартенситно-стареющие стали Fe-Cr-Ni и Fe-Ni-Mo композиций оказываются приемлемыми в качестве конструкционных материалов, в которых реализуется возможность превращения метастабильного аустенита в мартенсит деформации в процессе самого эксплуатационного нагружения.

3. Установлено, что характер термомеханического упрочнения пружинных аустенитных сталей определяется преимущественно деформационным наклепом и усиливается в результате последующего старения. Эффективность такой обработки непосредственно связана с проблемой метаста-бильности у-твердого раствора и возможностью образования мартенсита в процессе пластической деформации. Показано, что вклад мартенсита деформации в упрочнение, реализуемое в процессе холодного волочения, оказывается относительно умеренным, однако заметно усиливается при деформационном старении. За счет такого комбинированного режима обработки на ау-стенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ обеспечивается возможность получения проволоки с прочностью свыше 2500 МПа.

4. Определены области наиболее эффективного использования деформационного у—*а превращения метастабильного аустенита как структурного механизма повышения трещиностойкости МСС. Рекомендованы методы термической и деформационно-термической обработки, способствующие

созданию и регулированию в структуре МСС количества и деформационной стабильности у-фазы остаточного, ревертированного и смешанного типа применительно к различным условиям нагружения и эксплуатации изделий (статический рост трещины, малоцикловая усталость, разрушение в зоне фрикционного контакта).

5. Показано, что остаточный аустенит характеризуется пониженной деформационной стабильностью и оказывает более эффективное влияние на конструкционную прочность МСС по сравнению с ревертированным и смешанным аустенитом. Введение до 7-10% остаточного аустенита в структуру стали ОЗН18М5ПО при сохранении высокой прочности (св = 1900-1920 МПа) позволило повысить значения показателя Кю по сравнению со стандартным режимом обработки с 71 до 82-87 МПа-м1'7. Выявлена целесообразность повышения количества ревертированного аустенита до 30-35% для изделий ответственного назначения, работающих при пониженных температурах, в структурно-поврежденном состоянии и в условиях контактного трения и изнашивания.

6. Разработана технология изготовления высокопрочных коррозионно-стойких пружин из аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ (ЗИ-126), используемых при изготовлении насосов, которыми комплектуются буровые установки, используемые при эксплуатации нефтяных скважин. Мартенситно-стареющая сталь 03Н18М5ТЮ (ЧС-5У), содержащая в структуре после обработки по рекомендованному режиму до 36% ревертированного аустенита, прошла успешную апробацию в качестве материала для прессового инструмента взамен штамповой стали ЗХ2В8Ф и принята к опытному внедрению на участке горячего прессования алюминиевых изделий на ОАО "Каменск-Уральский металлургический завод".

В заключение автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю В.Р. Баразу и консультанту C.B. Гладковскому. Автор также благодарит Л.Д. Чумакову, A.A. Архангельскую, Ю.В. Калетину, Л.Г. Коршунова, C.B. Смирнова, И.Н. Веселова, А.Н. Маханькова, В.В. Юровских, H.A. Рундквиста и всех сотрудников кафедры металловедения.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Ишина Е.А. Деформационно-термическая обработка хромоникелевых сталей со структурой метастабильного аустенита / Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский, А.Н. Маханьков // Сб. "Актуальные проблемы материаловедения". Новокузнецк. 1997. С. 102.

2. Ишина Е.А. Перспективные высокопрочные стали для транспортного машиностроения: проблемы охрупчивания и восстановления свойств / Е.А. Ишина, C.B. Гладковский, Н.В. Звигинцев, М.С. Хадыев // Сб. "Наука и транспорт сегодня: проблемы и решения", ч.2, УГАПС. Екатеринбург. 1997. С.201-205.

3. Ишина Е.А. Применение нержавеющих аустенитных сталей при производстве металлопродукции методами холодного деформирования

/Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский // Межвуз.сб. Вестник УПИ "Материалы и технологии". Екатеринбург. 1998. №1. С.47-51.

4. Ишина Е.А. О влиянии аустенитной фазы в мартенситно-стареющих сталях на характеристики сопротивления разрушению / Е.А. Ишина,

B.Р. Бараз, C.B. Гладковский, Ю.В. Калетина // XIV Уральская школа металловедов-термистов "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов". Ижевск. 1998. С. 149-150.

5. Ишина Е.А. Метастабильный аустенит как фактор повышения конструктивной прочности мартенситно-стареющих сталей / Е.А. Ишина,

C.B. Гладковский, В.М. Счастливцев, Ю.В. Калетина, И.Н. Веселов // ФММ. 1999. том 87. №3. С.159-169. (»рецензируемое издание, рекомендованное ВАК РФ)

6. Ишина Е.А. Пластическое деформирование сталей с метастабильным аусте-нитом: фазовые превращения, эволюция микроструктуры и механические свойства / Е.А. Ишина, В.Р.Бараз, С.В.Гладковский // Сб.статей XXXV семинара "Актуальные проблемы прочности". Псков. 1999. С.243-248.

7. Ишина Е.А. Конструктивная прочность мартенситно-стареющих сталей с метастабильным аустенитом / Е.А. Ишина, C.B. Гладковский, В.Р. Бараз, Ю.В. Калетина, Б.М. Эфрос, Н.П. Обоскалова // Сб.статей XXXV семинара "Актуальные проблемы прочности". Псков. 1999. С.248-254.

8. Ишина Е.А. Роль аустенитной фазы в формировании конструктивной прочности и трибологических свойств мартенситно-стареющих сталей на Fe-Ni-Mo-Ti основе / Е.А. Ишина, C.B. Гладковский, В.Р. Бараз // Сб. матер. Всероссийской научно-технической конференции "Наука-производство-технологии-экология". Вятский ГТУ. 2 том. ФАВТ. ФАМ. Киров. 2001. С. 128.

9. Ишина Е.А. Влияние метастабильности аустенита на конструктивную прочность и износостойкость мартенситно-стареющих сталей на Fe-Ni-Mo-Ti основе / Е.А. Ишина, C.B. Гладковский, В.Р. Бараз, Ю.В. Калетина, Л.Г. Коршунов H XVI Уральская школа металловедов-термистов "Проблемы физического металловедения перспективных материалов". Уфа. 2002. С. 143.

10. Ишина Е.А. Термомеханическое упрочнение аустенитных сталей с различной стабильностью аустенита / Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский // II Евразийская конференция "Прочность неоднородных структур" (ПРОСТ 2004), МИСИС, Москва. 2004. С. 13.

11. Ишина Е.А. Термомеханическое упрочнение стабильных и метастабиль-ных аустенитных сталей / Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский // МиТОМ. 2005. №12.С.24-27. (*рецензируемое издание, рекомендованное ВАК РФ)

12. Ишина Е.А. Особенности циклического деформирования мартенситно-стареющих сталей с метастабильным аустенитом / Е.А. Ишина, C.B. Гладковский, Д.М. Вичужанин, С.Ю. Митропольская, Т.П. Богданова // XVIII Уральская школа металловедов-термистов "Актуальные проблемы физического металловедения сталей и сплавов", Тольятти. 2006. С. 130.

Подписано в печать 06.11.2009г. Объем - 1 п.л. Тираж - 100 экз. Заказ № 45 Ризография НИЧ ГОУ ВПО "УГТУ-УРИ" 620002, Екатеринбург, К-2, ул. Мира, 19, УГТУ

ВВЕДЕНИЕ.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1.1 Фундаментальность принципа метастабильности аустенита.

1.2 Мартенситное превращение при деформации.

1.3 Универсальность явления метастабильности аустенита при деформационном нагружении.

1.4 Проявление метастабильности аустенита в сталях аустенитного класса.

1.5 Метастабильный аустенит в мартенситно-стареющих сталях (МСС) и его роль в формировании физико-механических свойств и сопротивления разрушению.

1.6 Постановка цели и задач исследования.

2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1 Материал исследования.

2.2 Методики исследования и испытания.

3. ВЛИЯНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ у-ФАЗЫ НА ТЕРМОМЕХАНИЧЕСКОЕ УПРОЧНЕНИЕ ПРУЖИННЫХ СТАЛЕЙ НА АУСТЕНИТНОЙ ОСНОВЕ.

3.1 Влияние степени метастабильности аустенита на деформационное упрочнение сталей Ре-Сг-№-Т1 композиции (типа X1ЗН12. 17ТЗ).

3.2 Особенности термомеханического упрочнения метастабильной аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ.

3.3 Выводы по главе 3.

4. ВЛИЯНИЕ МЕТАСТАБИЛЬНОГО АУСТЕНИТА НА МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ И СОПРОТИВЛЕНИЕ РАЗРУШЕНИЮ И ИЗНАШИВАНИЮ МАРТЕНСИТНО-СТАРЕЮЩИХ СТАЛЕЙ.

4.1 Деформационное поведение МСС с метастабильным аустенитом в области малых упруго пластических деформаций.

4.2 Механические свойства и статическая трещиностойкость МСС с метастабильным аустенитом.

4.3 Выводы по главе 4.

5. ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

УПРОЧНЯЮЩЕЙ ОБРАБОТКИ ИССЛЕДОВАННЫХ СТАЛЕЙ.

5. Совершенствование технологии термомеханического упрочнения метастабильной аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ.

5.2 Использование мартенситно-стареющих сталей с ревертированным аустенитом в качестве инструмента для горячего деформирования.

Актуальность работы.

Одной из важных задач современного материаловедения является разработка новых составов и режимов упрочнения машиностроительных материалов с повышенным комплексом физико-механических и функциональных свойств, обеспечивающих возможность безаварийной эксплуатации изделий и конструкций в сложных температурно-силовых условиях нагружения. Одним из перспективных направлений улучшения свойств сталей и сплавов различного назначения является использование эффекта метастабильности аустенита в условиях приложения механической нагрузки. Структура и свойства сталей с метастабильным аустенитом весьма подробно изучены в работах отечественных и зарубежных ученых. Поэтому явление метастабильности аустенита, получившее широкую известность, формально уже не может претендовать на принципиальную научную новизну. Однако вопросы, касающиеся грамотного и обоснованного использования этого физического процесса и, в частности, рассмотрения особенностей влияния развития деформационных мартенситных превращений на формирование характеристик прочности и сопротивления разрушению металлических изделий применительно к конкретным составам сталей и сплавов требуют пристального внимания и представляются, несомненно, актуальными.

Так, весьма важным является учет возможности использования эффекта полиморфного у—>а превращения аустенита в процессе пластической деформации как на стадии предварительной технологической обработки изделия, так и в ходе его эксплуатации при различном уровне напряжений и характере приложения нагрузки. Если иметь в виду такой принципиальный подход, то возникает необходимость определить четкие и приемлемые параметры, с одной стороны, самих материалов, а с другой, рациональной технологии их изготовления и последующей обработки. В этой связи возникает задача, связанная с выбором материала и нужной технологии его обработки, которые обусловлены функциональными особенностями использования рассматриваемого изделия. Именно решению такой научной проблемы посвящено настоящее диссертационное исследование.

Цель и задачи исследования.

Основная цель настоящего исследования — выявление влияния метастабильностого аустенита на деформационное упрочнение и сопротивление разрушению сталей различного структурного типа на основе Ре-Сг-№ и Ре-№-Мо композиций.

В этой связи основными задачами исследования являлось:

1. Обоснование выбора сталей, в которых реализация деформационного у—»а превращения обеспечивается либо на стадии предварительной технологической обработки, либо в процессе непосредственного эксплуатационного нагружения.

2. Изучение влияния параметров термомеханического упрочнения на характер превращения метастабильной у-фазы аустенитных сталей на Ре-Сг-№ основе.

3. Установление оптимальных режимов термомеханической обработки с целью формирования высоких механических свойств проволоки из метастабильной хромоникелевой аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ (ЗИ-126).

4. Выявление роли метастабильного аустенита как фактора повышения комплекса механических свойств, характеристик треищиностойкости и сопротивления изнашиванию мартенситно-стареющих Ре-№-Мо сталей.

5. Выработка рекомендаций по оптимизации режимов термического упрочнения конструкционных сталей мартенситно-стареющего класса с метастабильным аустенитом различного структурного типа.

6. Практическое использование аустенитной и мартенситно-стареющих сталей с регулируемой стабильностью у-фазы для получения изделий с требуемым набором функциональных свойств.

Основные научные и практические результаты

Было дано научное обоснование практической применимости регулируемой стабильности у-фазы в зависимости от функционального назначения сталей различного структурного класса. Это может быть реализовано как на этапе предварительной технологической операции, необходимой для формирования требуемых служебных свойств изделия, так и в условиях самого эксплуатационного нагружения. В первом случае объектом рассмотрения являлись пружинные материалы, в которых при эксплуатации в принципе важно исключить даже минимальную возможность микропластической деформации. Во втором случае исследовались материалы, отличающиеся высокой вязкостью разрушения вследствие развития полиморфного у—>а превращения в вершине трещины в ходе эксплуатационного нагружения. С учетом изложенного подхода в работе рассматривались стали аустенитного и мартенситно-стареющего классов, как наиболее полно отвечавшие сформулированным условиям.

Было выявлено особенности изменения фазового состава, структуры и механических свойств, а также изучены условия накопления несплошностей в холоднодеформированных аустенитных Ре-Сг-№ сталях с метастабильной у-фазой. Характер термомеханического упрочнения таких сталей определяется преимущественно деформационным наклепом и усиливается в результате последующего старения. Эффективность такой обработки непосредственно связана с уровнем метастабильности у-твердого раствора и возможностью образования мартенсита в ходе пластической деформации. Было показано, что вклад мартенсита в деформационное упрочнение, оказывается относительно умеренным, однако существенно возрастает при последующем старении. За счет такого комбинированного режима обработки обеспечивается возможность повышения прочности проволоки до уровня свыше 2500 МПа.

Было установлено, что для высокопрочных мартенситно-стареющих сталей в зависимости от условий эксплуатационного нагружения оптимальным может быть определенный тип аустенита (остаточный или ревертированный), обладающий различной способностью к развитию деформационного мартенситного превращения.

Было показано, что ревертированный аустенит можно в достаточно широких пределах регулировать по составу и объемной доле. При этом он более структурно устойчив и менее склонен к образованию a-фазы при деформации. Вместе с тем его получение связано с термической обработкой в режиме перестаривания, с что может вызывать существенное снижение уровня прочностных свойств.

Было установлено, что остаточный аустенит в силу особенностей состава характеризуется меньшей стабильностью по отношению к полиморфному у—>а превращению, однако его труднее количественно регулировать в требуемых пределах.

Практическая реализация научных результатов исследования состояла в разработке технологии изготовления высокопрочных коррозионностойких пружин из аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ, используемых при изготовлении насосов, которыми комплектуются буровые установки, выпускаемые на ОАО "Уралмашзавод". Мартенситно-стареющая сталь 03Н18М5ТЮ, обработанная по режиму, обеспечивающему создание в ее структуре заданного количества ревертированного аустенита, прошла успешную апробацию на ОАО "Каменск-Уральский металлургический завод"в качестве заменителя штамповой стали ЗХ2В8Ф для прессового инструмента горячего деформирования при изготовлении защитных алюминиевых оболочек силовых кабелей.

Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе при изучении соответствующих разделов дисциплин "Специальные стали и сплавы" и "Физические основы прочности, пластичности и разрушения" для студентов специальности 150501 "Материаловедение в машиностроении".

Положения, выносимые на защиту:

1. Обоснование принципа использования метастабильности у-фазы на разных этапах технологического нагружения сталей различного структурного класса (аустенитного и мартенситного) в зависимости от характера их функционального назначения.

2. Особенности влияния мартенсита деформации на упрочнение метастабильных аустенитных сталей на Fe-Cr-Ni основе на различных стадиях термомеханической обработки.

3. Оценка роли и эффективности использования метастабильности аустенита различного структурного типа - остаточного, ревертированного - в мартенситно-стареющих сталях Fe-Cr-Ni и Fe-Ni-Mo композиций.

4. Научно обоснованные и практически апробированные режимы обработок сталей аустенитного и мартенситно-стареющего классов, обеспечивающие регулируемый эффект у—»а превращения при деформации с целью получения оптимальных характеристик прочности и трещиностойкости.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены и обсуждены на всероссийских научно-технических конференциях: конференции "Актуальные проблемы материаловедения", (Новокузнецк, 1997), XXXV конференции "Актуальные проблемы прочности", (Псков, 1999), XIV, XV и XVIII Уральских школах металловедов-термистов (Ижевск, 1998, Екатеринбург, 2000, Тольятти, 2006), конференции "Наука-производство-технологии-экология" (Киров, 2001), II Евразийской конференции "Прочность неоднородных структур" — ПРОСТ 2004 (Москва, МИСИС, 2004)

Публикации. Основные результаты работы были опубликованы в 12 научных работах, из них: 2 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК, 4 статьи в сборниках научных трудов, 6 тезисов, опубликованных в сборниках трудов всероссийских и международных научно-технических конференций

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы; изложена на 138 страницах, включает 47 рисунков, 16 таблиц, список литературы содержит 133 наименования.

Основные результаты этих опытов можно суммировать следующим образом.

1. Использование маршрутов волочения, предусматривающих осуществление умеренного обжатия на стадии передельной обработки (не выше 80%), оказывается более предпочтительным, чем в случае применения существенно сильного суммарного обжатия (90%), поскольку накопление дефектов не удается полностью устранить последующей термообработкой (промежуточной закалкой). Наглядно об этом можно судить по данным, приведенным на рис. 5.2.

2. Полученные результаты показывают, что при переработке проволоки из стали 12Х17Н8Г2С2МФ необходимо ограничивать величину обжатия на промежуточном этапе волочения не более 70-75%. В то же время при получении готового диаметра проволоки суммарная деформация в зависимости от уровня требуемых свойств может достигать и большей величины. Однако следует иметь в виду, что при изготовлении проволочных изделий особо ответственного назначения (например, винтовых пружин) и на конечном размере целесообразно не выходить за указанные пределы.

Ре

Маршрут волочения: 65% 65% 65% 65% 8,00-И,70-»2,80-» 1,65-*0,80 а)

1, мм б) с/, мм

Рис.5.2. Зависимость показателя поврежденности стали 12Х17Н8Г2С2МФ в поверхностных (о—о) и центральных (о—о ) слоях проволоки при волочения по умеренному {а) и жесткому (б) режимам

5.1.2 Разработка технологии получения высокопрочных пружин с повышенным уровнем выносливости

Полученные данные были использованы для разработки технологического режима термомеханического упрочнения высокопрочных коррозионностойких пружин из аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ. Цилиндрические пружины из этой стали могут применяться в качестве упругого элемента в тормозной системе современных большегрузных автомобилей [87], а также для комплектования клапана насоса буровых установок. Данная сталь представляется перспективной в отношении возможного использования в качестве высокопрочного и нержавеющего материала для пружин.

Создание материала, обладающего надлежащим уровнем различных свойств, в конечном счете, сводится к важной проблеме получения оптимальной микроструктуры.

Важным звеном в технологической схеме термомеханической обработке стали 12Х17Н8Г2С2МФ является выбор необходимых условий нагрева под закалку. После закалки сталь должна иметь в структуру пересыщенный у-твердый раствор.

Выполненные металлографические исследования, а также анализ механических свойств закаленной проволоки позволяет считать, что для данной стали оптимальной является температура закалки, близкая к 1100°С. Как показывают результаты химического анализа карбидных осадков, при этой температуре значительная часть углерода и карбидообразующих элементов (Сг, а также Мо и V) переходят в у-фазу, что приводит к получению при последующем быстром охлаждении пересыщенного твердого раствора, способного распадаться в процессе последующего деформационного старения. Микроструктурное исследование показало, что нагрев в соляной ванне (расплав солей ВаСЬ, ИаС1 и КС1) способствует достаточно полному растворению избыточных фаз и получению аустенитного зерна 6-7 баллов. В структуре наблюдаются полиэдрические аустенитные зерна, имеющие большое число двойников отжига. Значения механических характеристик после закалки были следующими: ав=770 МПа, \|/=37%, 5=69% и число гибов п=11.

После закалки проволочные заготовки исходного размера 4,0 и 5,3 мм протягивались до диаметра 2,2 мм (обжатие соответственно 70 и 85%). Полученные проволочные заготовки имели свойства представленные в 5.2.

Увеличение степени деформации приводит к существенному возрастанию прочностных характеристик. Число знакопеременных гибов, характеризующих вязкость материала, несколько снижается с увеличением обжатия, но даже после максимального обжатия оно остается на достаточно высоком уровне (4-5). Как уже отмечалось, в закаленном состоянии сталь имела аустенитную, однако в процессе волочения в ней происходит фазовый у->а переход. По мере увеличения степени обжатия, количество мартенситной фазы возрастает от 30% (е=70%) до 40% (е=85%).

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Обоснован принцип выбора сталей двух структурных классов -аустенитного и мартенситно-стареющего, характеризующихся способностью к полиморфному у—»ос превращению в условиях деформационного нагружения. Это диктовалось целесообразностью использования эффекта метастабильности у-фазы на разных этапах механического нагружения сталей в зависимости от характера их функционального назначения — либо на этапе предварительной обработки, либо в условиях эксплуатации.

2. Показано, что в качестве материалов, в которых осуществление деформационного у—»а превращения следует ограничить только этапом предварительной упрочняющей обработки, целесообразно использовать пружинные стали аустенитного класса на Ре-Сг-№ основе. Мартенситно-стареющие стали Бе-Сг-М и Бе-М-Мо композиций оказываются приемлемыми в качестве конструкционных материалов, в которых реализуется возможность превращения метастабильного аустенита в мартенсит деформации в процессе самого эксплуатационного нагружения.

3. Установлено, что характер термомеханического упрочнения пружинных аустенитных сталей определяется преимущественно деформационным наклепом и усиливается в результате последующего старения. Эффективность такой обработки непосредственно связана с проблемой метастабильности у-твердого раствора и возможностью образования мартенсита в процессе пластической деформации. Показано, что вклад мартенсита деформации в упрочнение, реализуемое в процессе холодного волочения, оказывается относительно умеренным, однако заметно усиливается при деформационном старении. За счет такого комбинированного режима обработки на аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ обеспечивается возможность получения проволоки с прочностью свыше 2500 МПа.

4. Определены области наиболее эффективного использования деформационного у—-»а превращения метастабильного аустенита как структурного механизма повышения трещиностойкости МСС. Рекомендованы методы термической и деформационно-термической обработки, способствующие созданию и регулированию в структуре МСС количества и деформационной стабильности у-фазы остаточного, ревертированного и смешанного типа применительно к различным условиям нагружения и эксплуатации изделий (статический рост трещины, малоцикловая усталость, разрушение в зоне фрикционного контакта).

5. Показано, что остаточный аустенит характеризуется пониженной деформационной стабильностью и оказывает более эффективное влияние на конструкционную прочность МСС по сравнению с ревертированным и смешанным аустенитом. Введение до 7-10% остаточного аустенита в структуру стали 03Н18М5ТЮ при сохранении высокой прочности (ов = 19001920 МПа) позволило повысить значения показателя К]С по сравнению со i /о стандартным режимом обработки с 71 до 82-87 МПа-м . Выявлена целесообразность повышения количества ревертированного аустенита до 3035% для изделий ответственного назначения, работающих при пониженных температурах, в структурно-поврежденном состоянии и в условиях контактного трения и изнашивания.

6. Разработана технология изготовления высокопрочных коррозионно-стойких пружин из аустенитной стали 12Х17Н8Г2С2МФ (ЗИ-126), используемых при изготовлении насосов, которыми комплектуются буровые установки, используемые при эксплуатации нефтяных скважин. Мартенситно-стареющая сталь 03Н18М5ТЮ (ЧС-5У), содержащая в структуре после обработки по рекомендованному режиму до 36% ревертированного аустенита, прошла успешную апробацию в качестве материала для прессового инструмента взамен штамповой стали ЗХ2В8Ф и принята к опытному внедрению на участке горячего прессования алюминиевых изделий на ОАО "Каменск-Уральский металлургический завод".

В заключение автор выражает глубокую признательность своему научному руководителю В.Р. Баразу и консультанту C.B. Гладковскому. Автор также благодарит Л.Д. Чумакову, A.A. Архангельскую, Ю.В. Калетину, Л.Г. Коршунова, C.B. Смирнова, И.Н. Веселова, А.Н. Маханькова, В.В. Юровских, H.A. Рундквиста и всех сотрудников кафедры металловедения.

1. Богачев И.Н. Кавитационное разрушение железоуглеродистых сплавов / И.Н.Богачев, И.Р. Минц // Свердловск. ГНТИ машиностроительной литературы. 1959.11 Ос.

2. Малинов Л.С. Использование принципа получения метастабильного аустенита, регулирования его количества и стабильности при разработке экономнолегированных сплавов и упрочняющих обработок / Л.С.Малинов //МиТОМ. 1996. №2.С. 35-39

3. Филиппов М.А. Стали с метастабильным аустенитом / М.А.Филиппов, B.C. Литвинов, Ю.Р. Немировский // М.: Металлургия. 1988. 257с.

4. Садовский В.Д. Остаточный аустенит в закаленной стали /

5. B.Д. Садовский, Е.А. Фокина // М.: Наука. 1986. 112 с.

6. Грачев C.B. Теплостойкие и коррозионностойкие пружинные стали /

7. C.В.Грачев, В.Р.Бараз //М.: Металлургия. 1989. 114 с.

8. Olson G.B. Kinetics of stresin-induced martensitic nucleation / G.B Olson, M. Cohen//Net. Trens. 1975. v.6. N4. P. 791-798.

9. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов / И.И.Новиков // М: Металлургия. 1986.393с.

10. Cins В. Effect of cold work on the у—»a transformation in some Fe-Ni-Cr alloys / B. Cins // J. Iron Steel Inst. 1977. №4. P.406-422.

11. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали /Ф.Ф.Химушин //M.: Металлургия, 1976. 798 с.

12. Бараз В.Р. Аустенитные стали для теплостойких упругих элементов./ В.Р.Бараз // Национальная металлургия. 2003 май июнь С.21-25.

13. П.Хоникомб Р. Пластическая деформация металлов / Р. Хоникомб //М: Мир. 1972. 408с.

14. Бернштейн М.Л Структура деформированных металлов/ М.Л. Бернштейн //М.: Металлургия. 1977.431 с.

15. Коттрелл А. Дислокации и пластическое течение в кристаллах / А.Коттрелл //М.: Металлургиздат 1958. 267с.

16. Гольдштейн М.И. Дисперсионное упрочнение стали / М.И. Гольдштейн, В.М Фарбер. //М.: Металлургия. 1979. 208 с.

17. Бокштейн B.C. Диффузия в металлах / B.C. Бокштейн. М.// Металлургия, 1978. 248 с.

18. Хоникомб Р. Роль дефектов упаковки в процессах выделения дисперсной фазы / Р. Хоникомб, Дж. Ван Асвейген, Д. Уорингтон // В кн.: Структура и механические свойства металлов. М.: Металлургия, 1987. С. 172-186

19. Приданцев М.В. Высокопрочные аустенитные стали / М.В. Приданцев, Н.П. Талов, Ф.Л. Левин //М.: Металлургия, 1969. 247 с.

20. Бабич В.К. Деформационное старение стали / В.К. Бабич, В.П. Гуль, И.Е. Долженков //М.: Металлургия. 1972. 320 с.

21. Гойхенберг Ю.Н. Изучение тонкой структуры при старении мартенсита нержавеющих сталей / Ю.Н. Гойхенберг, Д.А. Мирсаев, М.М. Штейнберг //В кн.: Вопросы производства и обработки стали. Челябинск. ЧПИ. 1979. №118. С.126-132.

22. Зубов В.Я. Структура и свойства стальной пружинной ленты /В.Я. Зубов, С.В. Грачев // М.: Металлургия. 1964. 248 с.

23. Борздыка A.M., Л.Б. Релаксация напряжений в металлах и сплавах / A.M. Борздыка, Л.Б. Гецов //М.: Металлургия. 1978. 256 с.

24. Георгиева И.Я. ТРИП-стали — новый класс высокопрочных сталей с повышенной пластичностью/ И.Я.Георгиева //МиТОМ. 1976. №3.с. 18-26.

25. Особенности образования аустенита в мартенситно-стареющих сталях с 18% никеля / В.М.Счастливцев и др..//ФММ. 1986. том 62. вып.5. С.992-101.

26. Banerjee В., Capenos J., Hauser J., Fracture Mechanics of Extra Work-Hardened Type 301 Stainless; in, Application of Fracture Toughness Parameters to Structural Metal, Gordon and Breach 1966.

27. Bressanelli J."ASM Trans. Quart." / J. Bressanelli,A.Moskowitz //1966. v/59. P.223.

28. Шепилов В.Б. Влияние скорости нагружения на пластическую деформацию коррозионно-стойких мартенситно-аустенитных сталей при криогенных температурах / В.Б. Шепилов, В.В.Проскурин // МиТОМ. 1994.№2. С.33-36.

29. Hornbogen Е. Metallkde./ E.Hornbogen, G.Z. Wasserman // 47. 1956. 427р.

30. Van Humbeeck J. Shape memory alloys / J. Van Humbeeck, M. Chandrasekara, L. Delaey // Endeavour. 1991. V. 15. № 4. P.148-154.

31. Носкова Н.И. Дефекты упаковки в сплавах Fe-Ni и Fe-Ni-Cr в аустенитном и мартенситном состояниях / Н.И.Носкова, Э.Д. Бутакова // Металлофизика. 1974. №54. С.28-30.

32. Новиков И.И. Дефекты кристаллического строения металлов / И.И.Новиков //М.: Металлургия. 1975. 208с.

33. Малинов JI.C. Кавитационная стойкость хромомарганцевых сплавов / JI.C. Малинов, Т.Д. Эйсмондт // Энергомашиностроение. 1965. №11.С.32-36.

34. Гладковский C.B.Особенности механического поведения гетерофазных материалов с метастабильной структурой / C.B. Гладковский, C.B. Смирнов, Б.М. Эфрос // Екатринбург. Сб.науч. трудов Вестник УГТУ-УПИ.2004. №22 С.33-38.

35. Чейлях А.П. Количественный анализ вклада деформационных мартенситных превращений при испытаниях в формирование свойств сплавов с метастабильным аустенитом / А.П. Чейлях // Металлы. 1999. №4. С.43-51

36. Богачев И.Н. Аустенит нержавеющих мартенситностареющих сталей и его лияние на механические свойства / И.Н. Богачев, Т.М. Маслакова, Н.Б. Адриановская // Изв.АН СССР. Металлы. 1975. №1. С.91-98.

37. Грачев C.B. Термическая обработка и сопротивление сплавов повторному нагружению / C.B. Грачев//М.: Металлургия. 1976.152 с.

38. Грачев C.B. Релаксация напряжений при мартенситном превращении ревертированного аустенита в мартенситно-стареющей стали / C.B. Грачев, Л.А. Мальцева// ФММ. 1997.Т.4. С.117-121.

39. Коршунов Л.Г. Влияние мартенситного превращения на упрочение и износостойкость аустенитных сталей при трении / Л.Г. Коршунов, И.Н. Богачев, Л.Д. Чумакова// ФММ. 1973. т.36. вып.5. С.1005-1011.

40. Филиппов М.А. Износостойкие стали для отливок / М.А. Филиппов, А.А.Филиппенков, Г.Н.Плотников // Екатеринбург. УГТУ-УПИ. 2009. 358с.

41. Богачев И.Н. Влияние количества остаточного аустенита на износостойкость стали 9X18 при трении / И.Н. Богачев, Л.Г. Коршунов,

42. A.П. Рудаков //МиТОМ. 1978. №1. С.34-39

43. Счастливцев В.М. Роль принципа метастабильности аустенита Богачева-Минца при выборе износостойких материалов /

44. B.М. Счастливцев, М.А. Филиппов // МтТОМ. 2005. №1. С.6-9.

45. Структура и износостойкость цементированной стали 20ХНЗА, подвергнутой электронно-лучевой и лазерной обработкам / A.B. Макаров и др..// ФММ. 1989. т.68. вып.1. С.126-132.

46. Гольдштейн М.И. Специальные стали: учебник для вузов / М.И. Гольдштейн, С.В.Грачев, Ю.Г. Векслер. Москва. МИСИС.1999. 408с.

47. Гудремон Э. Специальные стали / Э. Гудремон // М.: Металлургиздат. 1960. т.1. 952с.

48. Ланская К.А. Жаропрочные стали. / К.А. Ланская.// М: Металлургия, 1969. 208с.

49. Колпажников А.И. Высокопрочная нержавеющая проволока. / А.И. Колпажников, A.C. Белоусов, В.Ф. Мануйлов//М.: Металлургия. 1971. 184 с.

50. Суврова С.О. Старение аустенита после деформации и предмартенситном состоянии и понижение температуры начала мартенситного превращения / С.О. Суврова, В.И. Саррак, И.Р. Кладиицкая // ФММ.1977.т.43. вып.6. С.1303-1304.

51. Келли А. Дисперсионное твердение. / А. Келли, Р.Никлсон.//. М: Металлургия. 1966. 300с.

52. Гуляев А.П. Пути повышения прочности проволоки из нержавеющих сталей/А.П.Гуляев, В.М. Афонина//МиТОМ. 1971. №11 С.5-11.

53. Рахштадт А.Г. Пружинные стали и сплавы / А.Г. Рахштадт.// М.: Металлургия. 1982. 400 с.

54. Бернштейн М.Л. В.А. Механические свойства металлов / М.Л. Берштейн, В.А. Займовский //М.: Металлургия. 1979. 496с.

55. Мехед Г.Н. О повышенной пластичности аустенитной нержавеющей стали Х18Н10Т при низких температурах / Г.Н. Мехед, И.М. Гренков //В кн.: Пластическая деформация нерядовых металлических материалов. М: Наука 1976. С. 116-122.

56. Бараз В.Р. Деформационно-стареющие аустенитные стали для упругих элементов / В.Р. Бараз //Наука. Структура и физико-механические свойства немагнитных сталей. 1986. С.45-49.

57. Влияние структурных превращений на механические свойства и трещиностойкость бескобальтовой мартенситно-стареющей стали /C.B. Гладковский и др..// ФММ. 1990.№2.С.106-112.

58. Нижник С.Б. Повышение пластичности и трещиностойкости мартенситно-стареющей стали при упрочняющем старении / С.Б. Нижник, Г.И. Усикова // Металлы. 2003.№1. С.63-72

59. Романив О.Н. Вязкость разрушения конструкционных сталей. / О.Н. Романив. М.: Металлургия. 1979. 175с.

60. Перкас М.Д. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали / М.Д. Перкас, В.М. Кардонский // М.: Металлургия. 1970. 224 с.

61. Зайцева Р.Д. Факторы, влияющие на пластичность и вязкость мартенситностареющих сталей / Р.Д. Зайцева, М.Д. Перкас // МиТОМ. 1975. №2. С. 2-11.

62. Красикова С.И. Повышение ударной вязкости коррозионно-стойких мартенситно-стареющих сталей / С.И.Красикова // МиТОМ. 1994. №8.С. 17-20.

63. Исследование влияния скорости нагрева на структурную перекристаллизацию стали МС-200(Н18К9М5Т) / Г.А. Берсенев и др. // Структурные превращения и свойства стали и сплавов. Сборник научных трудов ППИ г. Пермь. 1974. № 148. С.22-27.

64. Беляков JI.H. Тепловая хрупкость мартенситно-стареющих сталей / Л.Н. Беляков // МиТОМ. 1970.№7. С.6-10.

65. Махнева Т.В. Влияние титана на сопротивление хрупкому разрушению мартенситно-стареющей стали 08Х15Н5Д2Т / Т.В. Махнева, Е.С. Махнев // МиТОМ. 1990. №8. С. 40-43.

66. Алюминий в мартенситно-стареющей стали Н18Ф6МЗ / И.В Пестов и др.. //МиТОМ. 1990. №2. С. 43-47.

67. Филиппов Г.А. Явление задержанного разрушения мартенситно-стареющей стали / Г.А. Филиппов, В.И. Саррак, М.Д. Перкас // ДАН СССР. 1977. т.44. №6. С.1245-1247.

68. Влияние условий термопластической обработки на сопротивление деформации, механические свойства и трещино стойкость бескобольтовых мартенситно-стареющих сталей /Б.М.Эфрос и др..// Физика и техника высоких давлений 1997.том 7.№4. С.5-24

69. Потехин Б.А. Релаксация напряжений в хромомарганцевой аустенитной стали 30Х10Г10 / Б.А. Потехин, И.Н. Богачев // ФММ. 1964. т.18. вып.2 С.257-262.

70. Червинский В.Ф. Термоциклическая обработка мартенситно-стареющей стали 03Х12Н8К5М2ТЮ / В.Ф. Червинский, С.М. Битюков, H.A. Рундквист // В кн.: термическая обработка и свойства металлов. Свердловск, УПИ. 1983. вып.8. 144с.

71. Беляков Л.Н. Исследование а->у превращения в сталях Н18К9М5Т и Н25 при скоростном нагреве / Л.Н. Беляков // МиТОМ. 1976. №8. С.2-7.

72. Механические свойства мартенситно-стареющей стали с (альфа-гамма)-структурой после пластической деформации / И.В. Пестов и др..//МиТОМ. 1991.№З.С.З 6-40

73. Механические свойства мартенситностареющей стали Н18К9М5Т с остаточным и ревертированным аустенитом / В.П. Вылежнев и др.. //ФММ. 1993.Том 75. вып.4. С. 157-165.

74. Брагин В.Г. О влиянии деформации на свойства мартенситностареющей стали с (а+у) структурой / В.Г. Брагин, В.П.Вылежнев, A.A. Сухих // В кн.: "Термическая и химико-термическая обработка сталей и титановых сплавов". ППИ. 1987. С.23-27.

75. Исследование элинварных и механических свойств мартенситно-стареющих сталей с двухфазной (а+у) структурой /М.Д. Перкас и др.. //ФММ. 1987. том 63. вып.2. С.371-380

76. Тарасенко JI.B. Фазовый состав и упрочнение сталей системы Fe-Cr-Ni-Со-Мо с мартенстино-аустенитной структурой/ JI.B. Тарасенко,

77. A.Б. Шалькевич //МиТОМ. 2007.№4.С.32-37

78. Бунин И.Ж. Влияние режимов термической обработки на механические свойства мартенситно-стареющих сталей как перспективных материалов криогенной техники / И.Ж. Бунин, В.Ф. Терентьев. П.В. Загреев // Перспективные материалы.2001.№4. С.24-32

79. Влияние термомеханической обработки на механические и усталостные свойства мартенситно-стареющих сталей /

80. B.М. Счастливцев и др.. // ФММ 1992.№1.С.111-120.

81. Счастливцев В.М. Структура и свойства нержавеющей мартенситностареющей стали после закалки из межкритического интервала /

82. B.М. Счастливцев, Ю.В. Калетина, И.Л.Яковлева // Материалы семинара Методы повышения конструктивной прочности. Москва. 1988. С.7-11

83. Грачев C.B. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали /

84. C.B. Грачев, A.C. Шейн // МиТОМ. 1989. №4. С.2-8.

85. Горбач В.Г. Мартенситно-аустенитные стали как эффективный инструментальный и конструкционный материал/ В.Г. Горбач, И.В. Сидорчук, Е.А. Измайлова// МиТОМ. 1988. №8. С.9-12.

86. Малоцикловая ударная усталость стали Н18К9М5Т с двухфазной (а+у)-структурой / И.В. Пестов и др.. //МиТОМ. 1981. №4. С.28-31.

87. Турилина В.Ю. Усталостная прочность Мартенситно-стареющей стали Н18К9М5Т с ревертированным аустенитом / В.Ю. Турилина, С.А. Никулин, C.B. Добаткин // Деформация и разрушение материалов. 2008. №9. С.20-26.

88. Турилина В.Ю. Прочность мартенситно-стареющей стали с ревертированным аустенитом / В.Ю. Турилина, С.А. Никулин, C.B. Добаткин // IV-я евразийская научно-практическая конференция «Прочность неоднородных структур». МИСиС. 2008, С.53.

89. Швецов В.В. Влияние закалки и отпуска на циклическую трещиностойкость мартенситно-стареющих сталей/ В.В. Швецов, Ю.Н. Симонов, Н.Н. Митрохович // МиТОМ.2004.№9.С.28-31

90. Терентьев В.Ф. Влияние температуры старения на комплекс механических свойств мартенситно-стареющей стали / В.Ф. Тереньтьев, И.Ж. Бунин, П.В. Загреев // Материаловедение. 1998. №1. С.40-49.

91. Коршунов Л.Г. Структурные аспекты износостойкости сталей мартенситного класса / Л.Г. Коршунов, А.В. Макаров, Н.Л. Черненко // ФММ. 1994. Т.78. Вып.1. С.129-146.

92. Веселов И.Н. Исследование износостойкости мартенситно-стареющих сталей на Fe-Ni основе / И.Н. Веселов, Л.Г. Коршунов, М.Р. Немировский // В кн.: Термическая обработка и свойства металлов. Свердловск; УПИ. 1983. вып.8. 144с.

93. Бараз В.Р. Прочность и релаксационная стойкость пружинных сталей на аустенитной основе / В.Р. Бараз. Диссертация на соискание ученой степени доктара наук. Свердловск: УПИ, 1983. 358с.

94. Дюнье Д., Влияние легирующих элементов на энергию дефектов упаковки в железо-никель-хромистых сплавах с аустенитной структурой. В кн .Высоколегированные стали / Д. Дюнье, Дж. Наттинг //-М.: Металлургия. 1969. С.287-299

95. Меськин B.C. Основы легирования стали / B.C. Меськин М: Металлургия. 1964. 684с.

96. Журавлев Л.Г Исследование мартенситного превращения при пластической деформации аустенитных сплавов на железоникелевой основе / Л.Г. Журавлев и др.. //ФММ. 1969. т.27. вып.З. С.478-488.

97. Бородина A.M. Релаксация напряжений в металлах и сплавах /

98. A.M. Бородина, Л.В. Гоцов //М.: Металлургия. 1978. 256с.

99. Ксензук Ф.А. Производство листовой нержавеющей стали / Ф.А. Ксензук, В.Б Павлищев, Д.К. Трощенко //М: Металлургия. 1977. 384с.930 роли кобальта в упрочнении мартенситно-стареющих сталей. / М.Д. Перкас и др..// ФММ. 1984. т.57. №2. С.310-318.

100. Трощенко В.Т. Усталостные повреждения металлов и сплавов. Сообщение 1. Неупругость. Методы и результаты исследования /

101. B.Т. Трощенко // Проблемы прочности. 2005. №4. С.5-32.

102. Фонштейн Н.М. О критерии KiC / Н.М. Фонштейн // МиТОМ. 1976.№8. 67-77с.

103. Горелик С.С. Рентгенографический и электроннооптический анализ /

104. C.С.Горелик, Л.Н. Расторгуев, Ю.С. Скаков // М: Металлургия. 1970. 368 с.

105. Утевский Л.Д. Дифракционная электронная микроскопия в металловедении / Л.Д. Утевский // М.: Металлургия. 1973. 84 с.

106. Коршунов Л.Г Структурные аспекты износостойкости сталей мартенситного класса / Л.Г. Коршунов, A.B. Макаров, Н.П. Черненко // ФММ. 1994. т.7, вып.4. 120-125с.

107. Кивилис С.С. Техника измерения плотности жидкости и твердых тел / С.С. Кивилис. М.: Стандартиздат. 1959.192с.

108. Богатов A.A., Ресурс пластичности металлов при обработке давлением / A.A. Богатов, О.И. Мижирицкий, C.B. Смирнов //М.: Металлургия. 1984. 144с.

109. Шишминцев В.Ф. Пластичность и разрушение сталей / В.Ф. Шишминцев, A.A. Богатов, О.Н.Межирицкий // Зав. лабораторией. 1978. №10. С.1278-1280.

110. Колмогоров В.Л. Пластичность и разрушение / В.Л.Колмогоров // М.: Металлургия. 1971. 336с.

111. Бараз В.Р. Использование MS Exsel для анализа статистических данных: учеб.пособие / В.Р .Бараз, В.Ф. Пегашкин. Нижний Тагил: НТИ(ф)УГТУ-УПИ. 2007. 184с.

112. Бараз В.Р. Влияние стабильности аустенита на упрочнение стареющих хромоникелевых сплавов / В.Р. Бараз // Konferencia XII celostatne dni tepelneho spracovania. Bratislava. 1988. S.43-44.

113. Богомолов А.Н. Влияние состава и термомеханической обработки на структуру и свойства пружинных сталей на основе метастабильного аустенита / А.Н.Богомолов. Диссертация на соискание ученой степени кандидата наук. Свердловск: УПИ, 1981. 187с.

114. Уманский Я.С., Физика металлов / Я.С. Уманский, Ю.А. Скаков.// М.: Атомиздат. 1978. 352 с.

115. Колмогоров В.Л. Механика обработки металлов давлением / В.Л. Колмогоров//Екатеринбург: УГТУ-УПИ. 2001.836с.

116. Бараз В.Р.Фазовая стабильность и особенности термомеханического упрочнения аустенитных сталей / В.Р. Бараз, C.B. Гладковский, Е.А. Ишина// МиТОМ. 2005. №12. С.21-23.

117. Гриднев В.Н. Прочность и пластичность холоднодеформированной стали / В.Н. Гриднев, В.Г. Гаврилюк, Ю.Я. Мешков // Киев.: Наукова думка. 1974. 232с.

118. ПЗ.Бараз В.Р. К вопросу о расслоении высокопрочной проволоки из аустенитных сталей / В.Р. Бараз, А.Н. Богомолов, А.Р. Бараз // Изв. ВУЗов.Черная Металлургия. 1985.№4.С.80-84.

119. Бараз В.Р. Физические основы хрупкого разрушения пружинных сталей расслоением / В.Р. Бараз.// Повышение качества пружин и рессор. Белорецк: изд.ООО "Оникс". 2001. С.23-34.

120. Влияние ванадия на особенности разрушения высокопрочной стальной проволоки / В.Р. Бараз и др.. // МиТОМ. 1991. №9. С. 11-13.

121. Зубов В.Я. Влияние пластической деформации на механические и физические свойства среднеуглеродистых аустенитных сталей //В.Я. Зубов, C.B. Грачев, Хуан Цюнь // Упрочнение сталей. Свердловск: Металлургиздат. 1960. С. 47-56.

122. Чертоусов В.А., Некоторые особенности фазового состава и структура холоднотянутой проволоки из нержавеющих сталей / В.А. Чертоусов, В.Д. Калугин, И.И. Крымчанский // Сталь. 1970. №12. С.1138-1140.

123. Перлин И.Л. Теория волочения / И.Л. Перлин, М.З. Ерманок. М.: Металлургия. 1971. 448 с.

124. Никитин И.И. О причине нестабильности размеров изделий из метастабильных аустенитных при выдержке под нагрузкой / И.И. Никитин. В.И. Саррак, С.С. Салькова // М. Наука, сб. "Структура и физико-механические свойства немагнитных сталей". 1986. С.21-26.

125. Горицкий В.М. Структура и усталостное разрушение металлов /

126. B.М. Горицкий, В.Ф Терентьев //М.: Металлургия. 1980. 208 с.

127. Калетина Ю.В. Влияние внешних воздействий на стабильность ревертированного аустенита и свойства мартенситно-стареющих сталей / Ю.В. Калетина, В.М. Счастливцев // Чтения СПб. 2008. 4.II. С.6-9.

128. Перспективные высокопрочные стали для транспортного машиностроения: проблемы охрупчивания и восстановления свойств /

129. C.В.Гладковский и др..// Сб. Фундаментальные и прикладные исследования по транспорту. Екатеринбург. УГАПС 1997. С.201-205.

130. Влияние режимов аустенитизации на механические характеристики и особенности разрушения мартенситно-стареющих сталей / C.B. Гладковский и др..//ФММ.1994.т.78. вып.2.С.160-169.

131. Иванова B.C. Оптимальность структурного состояния сталей с позиций трещиностойкости / В.С.Иванова // Тез. докл. конф., "Трещиностойкость высокопрочных сталей", М., ВИАМ.1989. С.5.

132. Мартин Дж.У. Микромеханизмы дисперсионного твердения сплавов / Дж.У. Мартин//М.: Металлургия. 1983. 167с.

133. Horbogen Е., Microstructure and fiitique crack growth in a y -Fe-Ni-Al Alloy / E. Horbogen, K.-H. Zum Gahr //Acta Met.l976.V.24.P.581-592.

134. Алексеев H.H. О природе трения деформируемых тел /H.H. Алексеев, H.H. Кузьмин //Сб. науч. Трудов «Физика дефектов поверхностных слоев материалов». JI. 1989. С.8-34.

135. Бирман С.Г. Экономнолегированные мартенситностареющие стали. / С.Г. Бирман //М.: Металлургия. 1974. 208с.

136. Забелин A.M. Экономия алюминия от использования термодиффузии-онного хромирования дорнов и матриц при прессовании кабельных оболочек / A.M. Забелин // Электротехническая промышленностью. Сер. Кабельная техника. 1983. вып.10. С.12-13.

137. Мартенситно-стареющие стали как материал для форм литья под давлением латуни / О.П. Жуков и др..// Литейное производство. 1979. № 8. С.23.

138. Коррозионностойкие мартенситно-стареющие стали для микроинструментов/ Ю.А. Геллер и др.. // МиТОМ. 1981. № 9 С.46-48.

139. Стали и сплавы. Марочник: справочное изд./ В.Г. Сорокин и др.-// М.: Интермет Инжиниринг. 2003. 608с.

140. СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

141. Ишина Е.А. Деформационно-термическая обработка хромоникелевыхсталей со структурой метастабильного аустенита / Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский, А.Н. Маханьков // Сб. "Актуальные проблемы материаловедения". Новокузнецк. 1997. С. 102.

142. Ишина Е.А. Применение нержавеющих аустенитных сталей при производстве металлопродукции методами холодного деформирования /Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский // Межвуз.сб. Вестник УПИ "Материалы и технологии". Екатеринбург. 1998. №1. С.47-51.

143. Ишина Е.А. О влиянии аустенитной фазы в мартенситно-стареющих сталях на характеристики сопротивления разрушению / Е.А. Ишина,

144. B.Р. Бараз, C.B. Гладковский, Ю.В. Калетина // XIV Уральская школа металловедов-термистов "Фундаментальные проблемы физического металловедения перспективных материалов". Ижевск. 1998. С. 149-150.

145. Ишина Е.А. Метастабильный аустенит как фактор повышения конструктивной прочности мартенситно-стареющих сталей / Е.А. Ишина,

146. C.B. Гладковский, В.М. Счастливцев, Ю.В. Калетина, И.Н. Веселов // ФММ. 1999. том 87. №3. С.159-169.

147. Ишина Е.А. Влияние метастабильности аустенита на конструктивнуюпрочность и износостойкость мартенситно-стареющих сталей на Fe-Ni-Mo-Ti основе / Е.А. Ишина, C.B. Гладковский, В.Р. Бараз, Ю.В. Калетина,

148. Л.Г. Коршунов // XVI Уральская школа металловедов-термистов "Проблемы физического металловедения перспективных материалов". Уфа . 2002. С.143.

149. Ишина Е.А. Термомеханическое упрочнение аустенитных сталей с различной стабильностью аустенита / Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский // II Евразийская конференция "Прочность неоднородных структур" (ПРОСТ 2004), МИСИС, Москва. 2004. С. 13.

150. Ишина Е.А. Термомеханическое упрочнение стабильных и метастабильных аустенитных сталей / Е.А. Ишина, В.Р. Бараз, C.B. Гладковский // МиТОМ. 2005. №12.С.24-27.