ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПРУЖИННЫХ СТАЛЕЙ

ТЕРМИЧЕСКАЯ СТАБИЛЬНОСТЬ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ПРУЖИННЫХ СТАЛЕЙ

С. В. ГРАЧЕВ, С. М. БИТЮКОВ, А. А. ПЕРЕБОЕВА

         В настоящей статье приведены результа­ты испытаний по оценке термической ста­бильности опытно-промышленных коррози­онностойких сталей, предназначенных для применения в качестве пружинного мате­риала.

Исследовали мартенситностареющую сталь 03Х12Н8К5МЗТЮ и стабильные аустенитные стали 04Х15Н20М2Т2 и 13Х18Н10ГЗС2М2 с интерметаллидным и карбидным упрочнением соответственно. Для сравнения одновременно испытывали про­мышленную аустенитную сталь 12Х18Н10Т, широко используемую для изготовления пружин и упругих чувствительных элемен­тов. Испытания проводили на ленточных образцах сечением 0,42X4,5 мм, получен­ных прокаткой (плющением) холоднодеформированной (e= 55%) проволоки диаметром 2,1 мм. Перед деформацией образцы зака­ливали в воде от 950—1050°С. Определение условного предела упругости ленточных образцов при изгибе s0,03 и релаксационные испытания выполняли по методикам.

 Зависимость предела упругости исследуе­мых сталей от температуры старения пока­зана на рис. 1. В исходном несостаренном состоянии наиболее высокие значения s0,03 имеет сталь 12Х18Н10Т, интенсивно упрочняемая наклепом и фазовым g®a превращением.

 Заметный прирост сопротивления малым пластическим деформациям наблюдается после нагрева выше 300°С и достигает мак­симума после старения при 400°С для стали 12X18H10T и 450—500°С для сталей 03Х12Н8К5МЗТЮ и 13Х18Н10ГЗС2М2.

 Кривая зависимости s0,03 от температуры старения для стали 04Х15Н2ОМ2Т2 имеет размытый максимум в интервале 300— 600°С. Эта сталь наименее склонна к упроч­нению при старении (максимальный при­рост  D s0,03 =250 МПа). Наибольший при­рост наблюдается в мартенситностареющей стали 03Х12Н8К5МЗТЮ (D s0,03 = 920 МПа). Повышение температуры старения до >450—500°С приводит к разупрочнению, связанному с процессами перестаривания. Для сталей 12X18H10T и 03Х12Н8К5МЗТЮ уменьшение s0,03 вызвано также протекани­ем обратного g®a превращения.

 На рис. 2 показано изменение относитель­ной релаксационной стойкости sТ /s0 (s0— начальное, sТ — текущее релаксирующее напряжение) от длительности выдержки при 400 и 450°С. Испытания проводили при s0,03 =1200 МПа. Образцы перед испытания­ми подвергали старению 2 ч при темпера­турах: 03Х12Н8К5МЗТЮ при 480°С (s0,03 =11920 МПа); 12Х18Н10Т при 450°С (s0,03 =2090 МПа); 04X15H20M2T2 (s0,03 =1450 МПа) и 13Х18Н10ГЗС2М2 (s0,03 = 2000 МПа) при 520°С. Из полученных данных видно, что при выбранных условиях испытания наибольшей релаксационной стойкостью при нагреве до 400°С обладают стали 03X12Н8К5МЗТЮ и 13Х18Н10ГЗС2М2. С повышением температуры испытания до 450°С наибольшее сопротивление релакса­ции напряжений наблюдается у мартенситностареющей стали. Все исследуемые стали значительно превосходят по релаксационной стойкости промышленную сталь 12Х18Н10Т. Резкое снижение напряжений в этой стали обусловлено интенсивным протеканием структурных превращений с одновременным понижением сопротивления малым пласти­ческим деформациям.

 Термическую стабильность оценивали так­же по изменению предела упругости в про­цессе длительных испытаний при повышен­ных температурах (релаксация предела упругости). На рис. 3 показано изменение предела упругости стали 03Х12Н8К.5МЗТЮ при нагреве до 300 и 400°С после различной предварительной обработки. Начальные точ­ки на кривых релаксации предела упруго­сти соответствуют его значениям при ком­натной температуре.

Несостаренные образцы имеют наиболее низкие значения предела упругости (рис. 3, кривые 1 и 2). У этих же образцов наблю­дается наиболее значительное начальное снижение предела упругости; последующие выдержки оказывают меньшее влияние на релаксацию предела упругости.

 Предварительная холодная пластическая деформация увеличивает s0,03 в исходном состоянии и одновременно снижает его тер­мическую устойчивость при повышенных температурах вследствие интенсификации старения в процессе испытания.

 Максимальное значение предела упругости достигается после обработки по режиму: закалка +деформация +старение (рис. 3, кривые 4). Однако снижение s0,03 во време­ни при этом более интенсивное, чем после закалки и старения (рис. 3, кривые 3), осо­бенно при нагреве до 400°С (рис. 3,б). Пос­ле обработки по этому режиму интенсивно­го снижения предела упругости в началь­ные моменты выдержки не происходит, и сталь при этом обладает наибольшей тер­мической устойчивостью. Старение умень­шает роль пластической деформации как фактора, увеличивающего метастабильность структурного состояния.

 Наблюдаемый характер изменения терми­ческой стабильности стали 03Х12Н8К5МЗТЮ, обработанной по различным режимам, обус­ловлен взаимодействием двух механизмов релаксации напряжений в сплавах, упроч­няемых холодной пластической деформаци­ей и последующим старением: сдвигового и структурного.

магия Для закаленных и холоднодеформированных образцов, не подвергавшихся старению, характерна значительная метастабильность структурного состояния и невысокое сопро­тивление малым пластическим деформаци­ям, что приводит к интенсивной релаксации напряжений при испытаниях, особенно в начальные моменты выдержки.

 Старение значительно повышает сопротивление стали малым пластическим сдви­гам и стабильность структуры. Это приводит к значительному повышению термической стабильности стали, так как подавляются оба механизма релаксации напряжений.

 Пластическая деформация, с одной сто­роны, снижает стабильность структуры и приводит к увеличению релаксации предела упругости, а с другой — повышает сопро­тивление стали малым пластическим сдви­гам, т. е. увеличивает значения s0,03. С по­вышением температуры испытаний, когда определяющим становится структурный фактор, предварительная пластическая де­формация заметно усиливает интенсивность релаксации предела упругости с увеличением времени выдержки при нагреве (рис. 3,б, кривая 4).

В этом случае более термически устойчи­выми становятся закаленные и состаренные образцы, хотя абсолютное значение предела упругости их при комнатной температуре меньше, чем образцов, обработанных по режиму: закалка + пластическая деформа­ция + старение.

Таким образом, мартенситностареющие и аустенитные стали, для которых характерны стабильность структурного состояния и по­вышенные значения предела упругости, об­ладают высоким сопротивлением релакса­ции напряжений при нагревах до 400—450°С По термической стабильности они значитель­но превосходят аустенитную сталь 12Х18Н10Т.

Список литературы

1. Рахштадт А. Г. Пружинные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1971, 496 с.

2. Зубов В. Грачев С. В. Структура и свойства стальной пружинной ленты. М. : Металлургия, 1964,224, с.

3. Борздыка А. М., Гецов Л. Б. Релаксация напряжений в ме­таллах и сплавах. М.: Металлургия, 1972. 304 с.