Результаты эксперимента и их обсуждение

Аустенитные стали на Fe-Cr-Ni основе являются материалом, обладающим рядом ценных свойств, в частности высокой прочностью, коррозионной стойкостью в атмосферных и агрессивных средах, теплостойкостью и др. [50].

В данной работе изучено влияние температуры нагрева под закалку на физико-механические свойства с целью выбора оптимальной Т_нагр под закалку для проведения холодной пластической деформации волочением, проведения ХПД на исследуемых сталях, отбора образцов по маршруту волочения и определения физико-механических свойств в зависимости от степени обжатия. Также изучалось изменение механических и физических свойств на закалённой, а также на холоднодеформированной проволоке при различных температурах старения. Образцы были обработаны по следующим технологическим режимам:

Закалка от Т = 800, 900, 1000, 1100, 1200 ⁰С, выдержка 15-20 мин., охлаждение в воду.

Старение закалённой стали от Т = 1000 ⁰С при Т = 300, 400, 500, 600, 650, 700 ⁰С, выдержка 1 ч.

Образцы обрабатывались по указанным режимам, измерялась твёрдость HRA, проводились микроструктурные исследования, а также рентгеноструктурный анализ с целью определения фазового состава и периода кристаллической решётки.

На всех исследуемых марках сталей были проведены микроструктурные исследования в зависимости от Т_{нагрева} под закалку. На рис. 3.1 приведена микроструктура закалённых от 1000 ⁰С исследуемых сталей.

а	б
в	г
д	е

Рис. 3.1 - Микроструктура закалённых от 1000 ⁰С сталей: а – плавка 2; б – плавка 4; в – плавка 5; г – плавка 10; д – плавка 11; е - плавка 12

Стали плавок 2, 4, 8, 9, 10, 11, 12, 5 в закалённом состоянии имеют структуру, состоящую практически из одного аустенита, то есть все они относятся к аустенитному классу. Сталь с повышенным содержанием Аl (~2%) практически при той же базе легирования имеет двухфазную структуру, состоящую из аустенита и δ-феррита примерно в одинаковом соотношении 50:50.

Механические свойства всех исследуемых сталей после закалки от 1000 ⁰С приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1 - Механические свойства исследуемых сталей после закалки

от 1000 °С в воду

Марка стали	σ0,2, МПа	σв, МПа	σ0,2/ σв	δ, %	ψ, %	KCV, МДж/м^2	HRA
I группа
03Х14Н11К5М2ЮТ (129)			0,45
Плавка 2			0,64			2,51
Плавка 4			0,64			2,26
Плавка 8			0,5			3,69
Плавка 9			0,63			3,16
II группа
Плавка 5			0,59			2,58
Плавка 10			0,48
Плавка 12			0,46
III группа
Плавка 6			0,78			1,94

 

Таким образом, проведённые на данном этапе исследования показали, что стали I группы, имеющие незначительные отклонения по основным легирующим элементам в пределах марочного, практически все относятся к аустенитному классу.

Стали II группы с пониженным содержанием Со также относятся с аустенитному классу, и только сталь, имеющая несколько пониженное содержание Ni и дополнительно легированная Al в количестве 2,0 %, относится к аустенитно-ферритному классу.

Изменения механических свойств всех аустенитных сталей незначительны, в то время как прочностные свойства аустенитно-ферритных сталей значительно выше.

 

3.1. Влияние Т_нагр под закалку на аустенитные стали I группы

Основное и более подробное изучение физико-механических свойств было проведено на I группе сталей.

Обнаруживаемая в сталях чрезвычайно высокая пластичность обусловлена совместным действием равномерного скольжения, микродвойникования, мартенситных превращений и трип-эффекта. Всё это обеспечивает образование нанокристаллического состояния.

Как видно из приведённых данных микроструктурных исследований (рис. 3.2–3.3), зёрна аустенита имеют полиэдрическое строение с двойниками отжига, размер которых увеличивается с увеличением Т_{нагрева} под закалку. Фазовый рентгеноструктурный анализ после закалки для всех сталей показал, что основной фазой является аустенит.

 

 

а	б
в	г

д

Рис. 3.2 - Микроструктура закалённой от разных температур стали – пл.2:

а - 800 °С; б – 900 °С; в – 1000 °С; г – 1100 °С; д – 1200 °С

а	б
в	г

д

Рис. 3.3 - Микроструктура закалённой от разных температур стали – пл.4:

а - 800 °С; б – 900 °С; в – 1000 °С; г – 1100 °С; д – 1200 °С

На рис. 3.4 приведены результаты измерения твёрдости в зависимости от

Т_{нагрева} под закалку данных сталей аустенитного класса.

Рис. 3.4 – Зависимость твёрдости от температуры нагрева под закалку для сталей I группы: а - 800 °С; б – 900 °С; в – 1000 °С; г – 1100 °С; д – 1200 °С

Незначительное повышение твёрдости при низкотемпературной закалке свидетельствует о присутствии нерастворённых интерметаллидных фаз, что подтверждается данными рентгеноструктурного анализа (рис. 3.5 –3.6).

Рис.3.4 – Зависимость периода кристаллической решётки аустенита от Т_н под закалку по линии 220 для плавки 4

Рис.3.5 – Зависимость периода кристаллической решётки аустенита от Т_н под закалку по линии 220 для плавки 9