автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Размерная нестабильность коррозионно-стойких высокопрочных сталей, обусловленная фазовыми превращениями

ведение Состояние вопроса. Постановка задачи исследования.

1.1 Размерная стабильность металлических материалов.

1.1.1. Причины размерной нестабильности.

1.1.2. Способы обеспечения размерной стабильности.

1.2. Процессы, происходящие во время изотермической. выдержки при ступенчатой закалке

1.2.1. Наследование субструктуры и структуры аустенита. мартенситом

1.2.2, Структурные изменения переохлаждённого аустенита. в инкубационном периоде бейнитного превращения

1.2.3, Влияние легирующих элементов на распад переохлаж-. денного аустенита

1.2.4. Закономерности распада 'пересыщенных твёрдых. растворов

1.2.5, Начальная стадия распада аустенита сталей,.

1.2.6. Особенности г а перехода при промежуточном. превращении

1.3. Методы определения количества остаточного аустенита. материалы и методики исследования.

2.1 материалы и их обработка.

2.2 Методики исследования.

2.2.1. Магнитный фазовый анализ.

2.2.2. Дилатометрический анализ.;.

2.2.3. Механические испытания.

2, 2.4. Статистический анализ. зшоды по главе.

3. Исследование размерной нестабильности хромоникелевых. коррозионно-стойких сталей

3.1. Исследование фазовых превращений в стали 14Х17Н2. при отпуске

3.2. Особенности распада остаточного аустенита в стали.

14Х17Н2 при охлаждении после высокого отпуска

Выводы по главе.99 Влияние процессов, протекающих в переохлаждённом аусте-. ните на размерную стабильность коррозионно-стойких хро-моникелевых сталей

4.1. Влияние скорости охлаждения при закалке на структуру и.102 свойства стали 25Х17Н2В

4.2. Влияние отпуска на изменения структуры и твёрдости. стали 25X17Н2В, закалённой с разной скоростью охлаждения

4.3. Влияние длительности изотермической выдержки при ступен-. 117 чатой закалке на структуру, свойства и размерную стабильность стали 25X17Н2В выводы по главе,

В настоящее время все более повышаются требования к надёжности машиностроительной продукции, которая обеспечивается в том случае, когда на протяжении всего срока хранения или эксплуатации изделия обеспечивается требуемый комплекс физико-механических свойств и стабильность размеров. Особенно остро проблема размерной нестабильности стоит в прецизионном машиностроении и приборостроении, где размерная стабильность является одним из важнейших критериев надёжности.

Принято считать, что основными источниками нестабильности размеров металлических материалов является релаксация остаточных напряжений и нестабильность фазового состава и структуры. Непрерывное совершенствование измерительной техники способствовало интенсивному развитию исследований размерной стабильности, связанной с релаксационными эффектами. Этому, например, посвящены работы М.Л. Хенкина. Й.Х. Локшина, А.Д. Вишнякова, В.Д. Пискарева, А.Н. Осинцева, X. Фуд-живары.

В то же время проблеме размерной нестабильности, вызванной фазовыми и структурными превращениями в сплавах, как в процессе их обработки, так и во время длительного хранения и эксплуатации, уделяется явно недостаточно внимания. Систематического изучения этого явления для большинства металлических сплавов не проводилось. Исключение составили подшипниковые стали, для которых выполнены фундаментальные исследования влияния фазового состава и температуры на стабильность размеров при эксплуатации (А.Г. Спектор). К настоящему времени создалась ситуация, когда явно ощущается недостаток научно-технической информации по размерной стабильности ряда высокопрочных сплавов, используемых для изготовления высокоточных изделий. На кафедре "Физика металлов и материаловедение" Тульского государственного университета в течение последних лет проводились ' исследования размерной нестабильности коррозионно-стойких высокопрочных сталей (КВС), вызванной фазовыми превращениями.

В последнее время КВС находят широкое применение в различных отраслях промышленности для изготовления прецизионных приборов, предназначенных для работы в агрессивных средах, а также в условиях знакопеременных нагрузок. Разработанные режимы термической обработки !,ля данной группы сталей направлены в основном на обеспечение требований по прочности и коррозионной стойкости, данные же о размерной стабильности деталей и узлов прецизионных приборов, изготовляемых из ВС, отсутствуют.

Стремление к обеспечен!® высоких показателей прочности и коррозионной стойкости приводит к тому, что из поля зрения исследователей, как правило, выпадает тот факт, что процессы упрочнения должны вызывать изменение линейных размеров, то есть размерную нестабиль-гость сплавов. Неучёт этих явлений обусловливает возникновение ряда ?ехнических проблем при эксплуатации высокоточных приборов и устройств (авиационных навигационных приборов, лазерных прицелов и П. ) .

Поэтому вопрос обеспечения высокой стабильности размеров при ;аданном комплексе механических свойств для изделий прецизионного машиностроения и приборостроения является актуальным.

В связи с этим основной целью данной работы явилось изучение закономерностей влияния параметров термической обработки, на изменения фазового состава и линейных размеров хромоникелевых коррозион-ю-стойких сталей и разработка на этой основе режима термической обработки, обеспечивающей максимальную размерную стабильность изделий 1ри сохранении высокопрочного состояния.

На защиту выносятся.- разработанная установка, а также методика измерения и представления результатов экспрессной оценки количества остаточного аус-/енита;

- алгоритм обработки данных дилатометрического анализа, позво-шющий выявить тонкие эффекты, вызванные протеканием структурных или зазовых превращений в низкоуглеродистых высоколегированных сталях;

- установленная последовательность стадий распада и-температурные интервалы наиболее интенсивного их протекания при отпуске закатанных КВС;

- выявленный вклад в изменение линейных размеров различных вигов фазовых превращений при термической обработке КВС;

- рекомендации по режимам упрочняющей термической обработки КВС, обеспечивающей высокую размерную стабильность при сохранении заданных уровней прочности и вязкости.

Научная новизна:

- определена последовательность стадий распада и температурные интервалы наиболее интенсивного их протекания при отпуске закалённых коррозионно-стойких высокопрочных хромоникелевых сталей;

- установлено, что при охлаждении стали 14Х17Н2 после высокого отпуска, в связи с неоднородностью распределения углерода в остаточком аустените, различные объёмы последнего претерпевают превращение в различных температурных интервалах с образованием разных продуктов распада: верхнего бейнита, нижнего бейнита и мартенсита;

- высказана гипотеза о последовательности процессов подготовки эейнитного превращения переохлаждённого аустенита в сталях, легированных кзрбидообразующими элементами. В соответствии с этой гипотезой в переохлаждённом твёрдом растворе последовательно протекают стадии образования скоплений атомов углерода: вдали от дефектов фисталлкческого строения, на дислокациях,- по границам аустенитных зерен.

Практическая значимость и реализация результатов работы.

Установлены закономерности влияния режимов термической обработки на структуру и фазовый состав КВС, а также на размерные изменения, обусловленные структурными и фазовыми превращениями; разработана рекомендации по выбору режимов термической обработки КВС мартен-битного класса, гарантирующих максимальную размерную стабильность 1ри заданном уровне механических свойств; и на их основе разработан зежим термической обработки для стали 25Х17Н2В.

Результаты работы приняты к использованию в Конструкторском бю-зо приборостроения г. Тулы с целью оптимизации параметров термической обработки, обеспечивающих надёжность и долговечность деталей и гзделий специального машиностроения (Акт от 12.09.2000 об использо-;ании результатов работы "Размерная нестабильность коррозионно-стой-:их высокопрочных сталей, обусловленная фазовыми превращениями").

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ