Підвищення властивостей сталей екологічним способом ізотермічного і ступінчатого гарту

Анотація

Актуальність роботи. Підвищення механічних властивостей сталей дозволяє збільшити експлуатаційну стійкість деталей машин, що є важливим завданням матеріалознавства. Одним з перспективних напрямків в її вирішенні є отримання у них багатофазної структури, однією з основних складових якої є метастабільний аустеніт, що зазнає при навантаженні динамічне деформаційне мартенситне перетворення (ДДМП) – ефект самогартування при навантаженні (СГН). Способами, що забезпечують необхідну структуру, є ізотермічний і ступінчатий гарт. Однак в даний час при їх проведенні для охолодження з температури аустенітизації і витримки при постійній температурі використовуються неекологічні речовини: нагріте масло, розплави солей або лугів. У зв’язку з цим актуальною проблемою є виключення їх з технологічного процесу. В роботі на ряді сталей показана можливість вирішення цієї проблеми.

Мета роботи – показати можливість підвищення механічних властивостей досліджених сталей 30ХГСА, 38ХС, 45Г, 40ХН, 10Г12, 60Х18 застосуванням раціональних режимів екологічного способу гартування сталей (ізотермічного ‑ для низьколегованих і ступінчастого ‑ для високолегованих) за рахунок отримання в їх структурі поряд з іншими складовими метастабільного залишкового аустеніту і реалізації ефекту СГН.

Методи дослідження. Зразки досліджених сталей після аустенітизації (в ряді випадків з витримкою в межкрітіческій інтервал температур МКІТ) охолоджувалися в воді до температури утворення нижчого бейнита (ізотермічний гарт) або стабілізації переохолодженого аустеніту до мартенситного перетворення при охолодженні (ступінчатий гарт), після чого витримувалися в печі, і охолоджувалися на повітрі до кімнатної температури. Застосовувалися дюрометрічний, металографічний і рентгенівський методи дослідження. Визначалися механічні властивості при розтягуванні і ударна в’язкість. Ці властивості порівнювалися з отриманими у досліджуваних сталей після типовий термообробки, що включає гартування в маслі і відпуск.

Результати. Показано, що ізотермічний і ступінчатий гарт досліджених сталей без використання неекологічних речовин, проведений по раціональним режимам, дозволяє підвищити механічні властивості в порівнянні з їх рівнем після гартування в маслі (пожаронебезпечне, пари канцерогенні) і відпуску, що зазвичай застосовується. Це досягається отриманням багатофазної структури з метастабільним аустенітом.

Наукова новизна. Запропоновано для підвищення механічних властивостей досліджених сталей отримувати у них багатофазну структуру з метастабільним аустенітом проведенням ізотермічного і ступінчатого гартування екологічним способом без використання підігрітого масла, розплавів солей або лугів.

Практична цінність. Для досліджених сталей визначені режими ізотермічного і ступінчастого загартування екологічним способом, що дозволяють підвищити механічні властивості в порівнянні з рівнем, що досягається при загартуванні і відпуску. При цьому на відміну від аналогічного типового способу гарту виключені витрати на придбання солей або лугів, їх утилізацію, промивку виробів від них. У порівнянні з гартуванням і відпуском новий спосіб не вимагає застосування масла та відпуску. Останнє покращує екологію, знижує енерговитрати при термообробці.