автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Структура и свойства различнолегированных сталей после кратковременных высокотемпературных выдержек в процессе термической и пластической обработок

Введение . . „ ^

1. Состояние вопроса

1.1 Аустенитно-ферритные стали и их горячая деформация

1.2 Искаженные отпечатки микротвердости и сдвиги вокруг них

2. Материал и методика исследований

3. Исследование влияния кратковременных до- и междеформационных пауз на кривые с - 8 и структуру дуплекс стали ОЗХ22Н6АМЗ

3.1. Микроструктура дуплекс стали

3.2. Кривые горячего кручения ( а - е ) дуплекс стали

3.3. Микротвердость фаз дуплекс стали

4. Исследование искажений формы отпечатков и сдвигов вокруг них в разных сплавах

4.1. Методические особенности исследования отпечатков.

4.2. Феррит стали 0X13.

4.3. Сталь XI2Ф с аустенитной структурой

4.4. Мартенсит сталей ОХ13К14Н4МЗ, 38ХНЗМФА, ХВГ и холоднопрессованный мартенсит стали 02Н17К10В9МТ.

4.5. Отожженный сплав Т1 + 5% А1 + 2% V

4.6. Горячекатаный сплав Тл + 5% А1 + 2% V, окрашенный цветным травлением

4.7. Сварной шов и околошовная зона титанового сплава типа

ПТЗВ (4,2% А1, 2% V ).

4.8. Горячекатаный сплав типа 5В (5,6% А1 + 1,5% V + 1 % Мо).

4.9. Алюминиевые сплавы

4.10. Сплав Си + 8,5% А1 + 12% Хъ

4.11. Дуплекс сталь ОЗХ22Н6АМЗ.

4.12. Сопутствующие индентированию эффекты

5. Исследование свойств теплостойких сталей после кратковременных режимов термической обработки

5.1. Твердость и характеристики структуры теплостойких сталей типа ЗХ2М2Ф при кратковременном отпуске после обычной и изотермической закалки

5.2. Влияние двухкратного отпуска на трещиностойкость стали 38ХНЭМФ с мартенситной и мартенситно-бейНитно-аустенитной структурой после закалки

5.3. Трещиностойкость и красностойкость быстрорежущей стали

Р6М5 после кратковременного и комбинированных отпусков . 175 Выводы . . . . . . . . . 181 Литература

Выводы

1. Изучены кривые с - £ литой дуплекс стали ОЗХ22Н6АМЗ при одно- и О многократном (до 19) кручении при 1200 С с разными деформациями (е = 0,03, 0,04, 0,05, 0,1 и 1,5) и разными до (100, 1800 сек) — и междеформационными о

60, 300 сек) паузами при 1200 . Установлено: а) Для литой иррегулярной структуры с произвольной ориентацией дендритов показана невоспроизводимость кривых ст - г как по уровню, так по углу наклона восходящих частей кривых ст - е, что определило необходимость сопоставления эволюций кривых по мере развития деформации. б) Относительное снижение ст при накопленной суммарной деформации ес = 0,3 (отвечающей установившейся стадии однократного кручения) при многократном кручении с е = 0,05 и 0,1 меньше, что можно связать с превалированием фактора накопления дефектов (энергии), достаточного для развития разупрочняющих процессов; при многократном кручении дефектов меньше за счет их выметания (аннигиляции) во время междеформационных пауз. в) При £с = 0,4 - 1,0 превалирует фактор междеформационной паузы, что приводит к разупрочнению в ~1,5 раза ввиду увеличения актов накопление — аннигиляция. в) Темп снижения ст при одинаковой накопленной (суммарной) деформации 8С > 0,4 и паузах 60 сек не зависит от е разовой деформации (0,05 или 0,1), что можно связать с деградацией структуры в результате динамических процессов разупрочнения. г) показана тенденция снижения ст и перегиба (К ) на восходящих ветвях кривых ст - 8 при увеличении числа кручений до трех в области малых разовых деформаций (е = 0,04 - 0,1), особенно между первым и вторым кручением, при малой разнице между вторым и третьим, что расценено как "приспособление" литой структуры к развитию деформации при большей значимости акта упрочнение-разупрочнение, а не глубины его развития.

2. Изучены структурные особенности и микротвердость феррита, аустенита и слаботравящейся межфазной (ферритной) прослойки после деформации.

Установлено: а) Формирование внутрифазных границ в недеформированном феррите, охлажденном с разными скоростями (вода, воздух, но не с печью) от температур о о выше 1000 С (до 1200 ), накладывается на структуру деформационно-рекристаллизационной природы, фиксируемую закалкой. б) Последствия деформации проявятся в изменении угла встречи внутрифазных о о границ феррита с аустенитом от 90 ± 15 до 45 ± 15 и утонении межфазной прослойки в тем большей степени, чем больше расстояние между областями аустенита, который как бы протектирует прослойку. в) Отсутствие структурных элементов деформационно - рекристаллизационного происхождения в аустените и окаймляющей аустенит ферритной прослойке, имеющей при этом пониженную коррозионную стойкость, расценено как "выметание" дефектов в результате развитой рекристаллизации, значительно отстающей в объемах феррита, удаленных от аустенита. г) Последствия деформации в феррите, фиксируемые закалкой в воду, проявляются в наборе структур деформационно-рекристаллизационного характера (полигональных стенок, зон повышенной плотности ямок травления, субзерен и зерен), иррегулярно располагающихся по радиусу образца, чему соответствует асимметрия кривых микротвердости по диаметру.

3. Ввиду искажений формы отпечатка микротвердости в феррите и аустените дуплекс стали и неопределенности в формировании (или отсутствии) сдвигов (полос скольжения) вокруг них проведено исследование индентирования мартенсита (стального, титанового, текстурованного), феррита и аустенита, текстурованных и литых алюминиевых, титановых и медного сплавов.

Показано: т а) Отсутствие искажений отпечатка в стальном различной твердости и титановом мартенсите, как псевдомонокристалльных образованиях, а также на плоскости базиса титанового сплава ввиду изотропии свойств. Создание текстуры холодным прессованием приводит к искажениям отпечатка в стальном мартенсите. б) Степень искажения отпечатков нельзя свести к состоянию сплава (литое, деформированное) и к симметрии решетки, т.к. они максимальны на отожженном после горячей прокатки, а также в сварном шве а - сплава титана (ГПУ), и ос - твердом растворе литых сплавов алюминия с кремнием и магнием (ГЦК). В последнем создание механической текстуры горячей прокаткой практически устраняет искажения, что может свидетельствовать о превалирующем значении кристаллогеометрии. в) Вторая дисперсная фаза (кремний в эвтектике сплава А1 - (3 - фаза в а + (3 титановом сплаве) уменьшает искажения отпечатка, что можно связать с увеличением изотропии свойств. г) Отсутствует связь между типом (розеточный, корзиночный), ориентацией колоний а - фазы титановых сплавов с искажением отпечатка, кроме случаев, о когда угол между колонией и стороной отпечатка составляет ~ 80 , что приводит к "вдавливанию" части стороны. д) Восстановление отпечатка "по поверхности" по смещению крупного карбида в аустените и характеру искажения стороны отпечатка у него. е) Вытягивание отпечатка в направлении хорошо развитых сдвигов трактуется не как преимущественное развитие деформации (Григорович В.К.), а как следствие меньшего восстановления после снятия нагрузки. ж) Локальные свечения вовне контура отпечатка при неискаженной его стороне исключают связь искажений с формой "навалов" металла. з) Большая значимость углов отпечатка, чем сторон, в формировании проявлений деформации — сдвигов и мартенсита деформации. и) Индентирование, проявляемое в виде сдвигов, характеризуется в большей степени дальнодействием, чем близкодействием. т к) Несоответствие деформации ее проявлению в виде сдвигов и мартенсита деформации, особенно ярко проявляющиеся в зернах, где последние не наблюдаются при любых ориентациях индентора. л) Подобно поверхностному мартенситу (Курдюмов Г.В.), наличие сдвигов, как и рельефа мартенсита деформации, является частным случаем проявления деформации, а форма, наличие или отсутствие сдвигов не могут быть сведены к типу решетки (ГЦК, ОЦК, ГПУ). м) Одинаковая форма полукольцевых сдвигов у отожженного а - сплава титана, закаленного феррита при прямолинейной форме у аустенита и, реже, феррита не позволяет свести проявления деформации к типу и симметрии решетки, н) Возможность проявления деформации в виде сдвигов как через границы зерен малого, так и большого соответствия, что может трактоваться как проявление деформации "из глубины".

4. На основании исследования формы отпечатков микротвердости и сдвигов вокруг них показана монокристалльность областей аустенита, чем подтверждено (Горелик С.С.), но в сравнении с хромоникелевым ферритом, опережающее развитие рекристаллизации в аустените горячедеформированной дуплекс стали.

5. Изучены строение и трещиностойкость стали Э8ХНЗМФ с мартенситной и с мартенситно-бейнитно-аустенитной структурой после двойного отпуска (610 + о

590 С, по 15 мин) с межоперационным быстрым и медленным нагревом и о охлаждением до 450 - 20 .

Только при полухрупком разрушении смешанной структуры выявляется положительное влияние снижения температуры и увеличения скорости межотпускных операций на сопротивление разрушению.

6. Изучены отпускоустойчивость и вид кривых дисперсионного твердения после о кратковременного (10 мин при 550 - 650 ) отпуска мартенситной и мартенситно-бейнитно-аустенитной структуры сталей типа ЗХ2М2Ф.

Показаны одинаковая отпускоустойчивость этих структур, выраженный пик дисперсионного твердения смешанной структуры, отсутствие корреляции между характером изменения твердости и ширины рентгеновской линии.

7. Изучены трещиностойкость и красностойкость быстрорежущей стали Р6М5 о после кратковременных (600 , 1,5 или 3 мин, 3-6 раз) и комбинированных со о стандартным (560 , 1 ч) отпусков.

Показана тенденция к повышению красно- и трещиностойкости при увеличении числа кратковременных отпусков и наследование структурного состояния, полученного отпуском. т

1. Геллер Ю.А. Инструментальные стали. М. "Металлургия". 1975.

2. Шахназаров К.Ю. Автореферат канд. диссерт. "Выбор режима термообработки среднелегированных сталей по трещиностойкости после отпуска различной продолжительности и замедленного охлаждения при закалке". СПбГТУ, 1993.

3. Лю Хо Сек. Автореферат канд. диссерт. "Разработка ускоренных высокоэффективных режимов отпуска (старения) сталей и сплавов". СПбГТУ,

4. Павлова Л.П., Геллер Ю.А. Влияние предварительного отпуска на дисперсионное твердение быстрорежущих сталей. МиТОМ, 1967, № 4.

5. Анджюс П.А. Исследование кратковременного отпуска быстрорежущих сталей при температурах 600-630 С. Станкостроение Литвы, 1970, № 2.

6. Смольников Е.А., Маркина В.А. Синхронная технология термической обработки инструмента из быстрорежущей стали. МиТОМ, 1985, № 8.

7. Лунева З.С. Свойства закаленных быстрорежущих сталей после кратковременного нагрева при отпуске. МиТОМ, 1970, № 12.

8. Смольников Е.А., Уманец В.В. Сокращенный отпуск быстрорежущих сталей. МиТОМ, 1980, № 2.

9. Купалова И.К., Булатова С.Г. Влияние длительности выдержки при отпуске при 560 на свойства быстрорежущих сталей. Труды ВНИИ, 1975, № 1.

10. Малинина К.А. Кратковременный отпуск быстрорежущей стали. МиТОМ,11 .Купалова И.К. Термическая обработка инструмента из быстрорежущей стали сиспользованием высокотемпературного отпуска. МиТОМ, 1991, № 10.

11. Автандилянц Г.Б. и др. Влияние сокращенного отпуска на мех. свойства сталей25Г2СЛ и 25Г2САФЛ. МиТОМ, 1990, № 4.

12. Ульянин Е.А. Коррозионностойкие стали и сплавы. М., Металлургия, 1980,1992.1960, №3.205 с.п

13. Бабаков A.A., Приданцев М.В. Коррозионностойкие стали и сплавы. Справочник. М., Металлургия, 1971, 319 с.

14. Сокол И.Я. Двухфазные стали. М. Металлургия, 1974, 218 с.

15. Металловедение и термическая обработка стали. Справ, изд. — 3 изд. В 3-х т. Т. 2 (Под ред. Бернштейна M.JL, Рахпггадта А.Г. М. Металлургия, 1983, 368 с.

16. Вороненко Б.И. Современные коррозионностойкие аустенитно-ферритные стали (Обзор). МиТОМ, 1997, № 10.

17. ПотакЯ.М. Высокопрочные стали. М., Металлургия, 1972, 208 с.

18. Бернштейн M.JI. Структура деформированных металлов. М., "Металлургия", 1977.

19. Капуткина JIM. и др. Влияние азота на упрочнение литых хромоникелевых сталей при ТМО. Тез. докл. сем. "Бернштейновские чтения". М., 1996.

20. Банных O.A., Чуланов О.Б. Особенности рекристаллизации ферритно-аустенитных сталей. МиТОМ, 1983, № 8.

21. Горелик С.С. и др. Рекристаллизация горячедеформированных аустенитных и ферритных сталей при непрерывном охлаждении. МиТОМ, 1971, № 7.

22. Wusatowski R. Influence of hotworking condition on recristallisation of stainless steel. Jörn, of the Iron and steel institute. 1996, № 7.

23. Gronostajski J., Ziemba H. Recovery and recristallisation of aluminium bronze during hot deformation. Metal Science, 1982, v. 16, № 8.

24. Синельников М.И. Бюллетень ин-та "Черметинформация", 1967, № 16.

25. Синельников М.И., Фельдгандлер Э.Г. Некоторые особенности процессов разрушения двухфазных сталей при горячей деформации. МиТОМ, 1967, № 3.

26. Андреюк Л.В., Тюленев Г.Г. В кн. "Теория и практика металлургии". Вып. 2. Свердловск, 1970, с. 108-112.

27. Специальные стали и сплавы. М., "Металлургия", 1966.

28. Дзугутов М.Я. Пластическая деформация высоколегированных сталей и сплавов. М., "Металлургия", 1971.

29. Беляков А.Н., Кайбышев P.O. Структурные изменения при горячей деформации в коррозионно-стойких сталях. МиТОМ, 1992, № 5.

30. Нейль. Твердость металлов. ГТТИ, 1940.

31. Мотт Б. Испытание на твердость микровдавливанием. М., "Металлургия", 1960.

32. Хрущов М.М., Беркович Е.С. Микротвердость, определяемая методом вдавливания. М., изд. АН СССР, 1943.

33. Глазов В.М., Вигдорович В.Н. Микротвердость металлов и полупроводников. М., "Металлургия", 1969.

34. Григорович В.К. Твердость и микротвердость металлов. М., "Наука", 1976.

35. Микротвердость. Труды совещания по микротвердости. М., "Наука", 1951.

36. Сб.: Методы испытаний на микротвердость. М., "Наука", 1968.

37. Сб.: Новое в области испытаний на микротвердость. М., "Наука", 1974.

38. Актуальные вопросы физики микровдавливания. Кишинев, "Штииница", 1989.

39. Боярская Ю.С. Закономерности деформирования кристаллов при испытаниях на микротвердость. Кишинев, "Штииница", 1963.

40. Гарбер Р.И., Гиндин И.А. Упрочнение кристаллических тел при программном нагружении. МиТОМ, 1967, № 5.

41. Лозинский М.Г. Высокотемпературная металлография. МиТОМ, 1967, № 6.

42. Боярская Ю.С. и др. Закономерности деформирования некоторых кубических кристаллов. В сб.: "Новое в области."

43. Григорович В.К. К исследованию анизотропии механических свойств металлов. В сб.: "Методы испытаний."

44. Хрущов М.М. О соотношении макротвердости и микротвердости. В сб.: "Методы испытаний."

45. Tolosky S., Nicols D. Philosophy magazine, 1952, 43,410.

46. Терновский А.П., Алехин В.П., Шоршаров М.Х., Хрущов М.М. Некоторые возможности применения метода испытания на микротвердость по глубине отпечатка. В сб.: "Новое в области."

47. Пилипчук Б.И. Обзор теорий твердости. Труды ин-та метрологии. № 60, М., 1962.

48. Цизерлинг Л.Г. К вопросу о физической природе твердости. В сб.: "Новое в области."

49. Williams S.R. Hardness and measurement. Cleveland. 1942.

50. Ashby N.A., N. Z. Engng. 1951, 6, № 1.

51. Шмид E., Боас В. Пластичность кристаллов в особенности металлических. ГОНТИ, М,- Л., 1938.

52. Бюллетень Комиссии технической терминологии. Под редакцией академика Чаплыгина С.А. и Лотте Д.С. Изд-во АН СССР, 1936, вып. 9.

53. Ферсман А.Е. Геохимия. ОНТИ, 1937, 3.

54. Лебедева С.И. Определение микротвердости минералов. Изд-во АН СССР, М., 1963.

55. Ребиндер П.А. Изв. АН СССР, ОМЕН, серия химическая, 1936, № 5, 639.

56. Ребиндер П.А. Физический словарь. Главная редакция технических энциклопедий и словарей, ГОНТИ НКТП СССР, М., 1939, с. 19-22.

57. АлехинВ.П., Терновский А.П. Структурные и кинетические особенности формоизменения при микровдавливании. В сб.: "Новое в области."

58. Гогоберидзе Д.Б. Твердость и методы ее измерения. М. "Машгиз". 1952.

59. УпитГ.П.,ВарченяС.А. Доклады АН СССР, 1968, 178, № 4.

60. Разумовская И.В. и др. Исследование деформационных свойств неорганических стекол. В сб.: "Новое в области."

61. Полухин П.И., Горелик С.С., Воронцов В.К. Физические основы пластической деформации. М., "Металлургия", 1982.

62. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Механические свойства металлов. М., "Металлургия", 1979.

63. Золоторевский B.C. Механические свойства металлов. М., "Металлургия", 1983.

64. Takeuchi S., Kuramoto P. Orientation dependence of slip in tantalum crystals. 'Acta metallurgica', 1972, v. 20, № 7.m

65. Williams Y. at al. The influence of oxygen concentration distortion arrangements in a- titanium. 'Metallurgical transactions'. 1972, v. 3, № 11.

66. Вильяме O.C., Трегубеико Т.Д. Дислокационная структура и механические свойства труб из стали Х18Н10Т. МиТОМ, 1971,№ 9.

67. Коваленко B.C. Металлографические реактивы. Справочник. М., "Металлургия", 1973, с. 112.

68. Беккрт М., Клемм X. Справочник по металлографическому травлению. М., "Металлургия", 1979, с. 335.

69. Закс И.А. Влияние закалки и содержания азота на ударную вязкость и стойкость против МКК феррито-аустенитной стали. МиТОМ, 1967, № 1.

70. Добаткин C.B. и др. Структура и диаграммы горячей деформации литых сталей. Тез. докл. Бернштейновские чтения. МиСИС, 1996.

71. Вишняков Я.Д. Современные методы исследования структуры деформированных кристаллов. М., "Металлургия", 1975.

72. Aerts Е. et al. Acta metallurgica, 1959, № 7.

73. Хлебникова Ю.В., Счастливцев В.М. Пластическая деформация стальных псевдомонокристаллов. Тез. докл. Бернштейновские чтения. МиСИС, 1996.

74. Колачев Б.А. Физическое металловедение титана. М., "Металлургия", 1976.

75. Курдюмов Г.В., Утевский JI.M., Энтин Р.И. Превращения в железе и стали. М., "Наука", 1977.

76. Babel H. Frederick S.Journal of metals, 1968, 20, № 10.

77. Колачев Б.А., Милькова A.B. Физические основы разрушения титана. М., "Металлургия", 1983.

78. Мороз JI.C. Механика и физика деформаций и разрушения материалов. Л., "Машиностроение", 1984.

79. Фридман Я.Б. Механические свйства металлов. М., "Машиностроение", 1974.

80. Катрич М.Д., Бердиков В.Ф. О природе анизотропии микротвердостии микрохрупкости монокристаллов карбида кремния. В сб.: Новое в области."

81. Боярская Ю.С., Житару Р.П. Применение метода испытаний на микротвердость для изучения радиационных эффектов. В сб.: "Новое в области."

82. Шоршоров М.Х., Шнырев Г.Д. О регистрации акустической эмиссии при испытании на микротвердость. В сб.: "Новое в области."

83. Скрынченко Ю.М., Позняк Л. А., Работоспособность и свойства инструментальных сталей. Киев, 'Наукова Думка', 1979.

84. Поздняк Л. А., Скрынченко Ю.М., Тишаев С.И. Штамповые стали. М., 'Металлургия', 1980.

85. Перкас М. Д., Кардонский В.М. Высокопрочные мартенситно-стареющие стали. М., 'Металлургия'. 1970.

86. Хоникомб Р. Некоторые вопросы упрочнения легированных сталей. В сб.: 'Высоколегированные стали'. М. 'Металлургия', 1969.

87. Крамаров М. А., Шахназаров Ю.В. Сопротивление хрупкому разрушению высокоотпущенных сталей с исходной мартенситной и бейнитной структурой. МиТОМ, 1972, № 9.иг

88. Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

89. Сульберг Я., Холмвик А., Шахназаров А.Ю. Кривые деформации и структурные особенности литой дуплекс стали 00Х22Н6АМЗ после многократного горячего кручения. Тез. докл. симп. "Синергетика, структура и свойства материалов". М., 1996.

90. Васильев Д.Г., Масальский И.А., Шахназаров А.Ю. и др. Высокотемпературная обработка различнолегированных сталей. Труды СПбГТУ, 1996.

91. Сульберг Я., Холмвик А., Шахназаров А.Ю. Кривые а 8 и структурные особенности литой дуплекс стали ООХ22Н6АМЗ после многократного горячего кручения. Тез. докл. 5-го симп. "Взаимодействие быстрых заряженных частиц с твердыми телами". Белгород, 1996.

92. Шахназаров А.Ю., Пряхин Е.И., Шахназаров Ю.В. Искаженные отпечатки микротвердости и сдвиги вокруг них в крупнозернистых сплавах. Труды СПбГТУ, 1998, 473.

93. Сульберг Я., Холмвик А., Шахназаров А.Ю. Структурные изменения и сопротивление деформации литой дуплекс стали при горячем кручении. Бернштейновские чтения. М., 1996.

94. Сульберг Я., Холмвик А., Шахназаров А.Ю. Оценка параметров структуры и свойств после горячей деформации кручением литой дуплекс стали 00X23H6AM3. Тез. докл. 3-го собр. металловедов России. Рязань, 1996.

95. Шахназаров Ю.В., Лю Хо Сек, Шахназаров А.Ю. Красностойкость и трещиностойкость быстрорежущих сталей типа Р6М5 после кратковременных высокотемпературных и комбинированных отпусков. Там же.

96. Пряхин Е.И., Шахназаров А.Ю. Неквадратные отпечатки микротвердости в крупнозернистых сплавах. Сб. мат. 4-го собр. металловедов России. Пенза, 1998.

97. Шахназаров А.Ю., Сульберг Я., Холмвик А., Пряхин Е.И. Структурные особенности литой дуплекс стали ООХ22Н6АМЗ после горячего кручения в режиме ВТМО. Тез. докл. конф. "Высокие технологии в современном материаловедении". Спб, 1997.

98. Chakhnazarov A., Holmvik A., Solberg Y. Structural changes in the duplex stainless steel 21.6 %Cr 6.28 % Ni - 0.56 % Mn - 0.142 % N during hot déformation. Proceedings of the 5th European Conférence 'Euromat'97'. Maastricht, 1997, v. 1.