Релаксационная стойкость пружинной ленты из метастабильных аустенитных сталей при отрицательных и повышенных температурах
Аннотация
Быстрое развитие машиностроения и других отраслей народного хозяйства требует от металлургов дальнейшего расширения объема производства специальных сталей с высокими служебными свойствами. Среди них особое место занимают пружинные стали и сплавы, используемые для изготовления различных пружин и упругих элементов. Пружинные стали и сплавы делятся на стали общего назначения, а также стали и сплавы специального назначения. В последние годы заметно возросли потребности отечественной промышленности в высококачественных пружинных материалах, которые используются для изготовления упругих элементов, предназначенных для работы в условиях воздействия больших нагрузок, повышенных и криогенных температур, а также агрессивных сред. При этом такие стали специально легируют элементами, повышающими их релаксационную стойкость при сохранении высокого предела упругости. Такие стали называют теплоустойчивыми. К их числу относятся и разработанные на кафедре металловедения практически безуглеродистые коррозионностойкие аустенитные стали, обладающие высокими прочностными свойствами и хорошей коррозионной стойкостью в агрессивных средах, а также повышенным сопротивлением межкристаллитной коррозии. Для получения высокопрочной проволоки из этих аустенитных сталей требовалось отработать технологию изготовления проволочных и ленточных заготовок при производстве различных пружин ответственного назначения, определить их специфические пружинные свойства в широком интервале температур. В настоящей работе проводились исследования упругих свойств при деформационно-термических обработках в практически безуглеродистых аустенитных сталях 03Х14Н11К5М2ЮТ (плавка 129), а также стали той же системы легирования с пониженным содержанием кобальта (до 0,8%) – плавка 5, разработанных на кафедре металловедения УрФУ. В связи с тем, что области применения упругих элементов из исследуемых коррозионно-стойких сталей достаточно широки и простираются от криогенных до повышенных температур, то особый интерес могут представлять фазовые и структурные превращения, протекающие в ходе нагружения, как при комнатных +20°С), так криогенных (минус 196°С) и повышенных температурах (+400°С).
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Исследуемые стали при отрицательных климатических и криогенных температурах обеспечивают необходимую прочность в сочетании с высокой вязкостью, пластичностью и низкой склонностью к хрупкому разрушению.
2. Наиболее перспективной сталью для упругих элементов и пружин является сталь 03Х14Н11К5М2ЮТ, имеющая высокие прочностные и технологические свойства и сохраняющая стабильность фазового состава от комнатной до криогенной температуры.
3. Исследуемые аустенитные стали являются деформационно-метастабильными. Чем выше степень деформации исследуемой стали и чем ниже температура деформирования, тем больше количество образовавшегося мартенсита деформации и, соответственно, выше прочностные свойства.
4. Мартенсит охлаждения исследованных аустенитных сталях пл. 129 и пл. 5 при температуре до -196 °С не образуется.
5. Холодная пластическая деформация с последующим старением при температуре 500 °С в течение 1 ч приводит к повышению условного предела упругости и увеличению стабильности структуры, что способствует повышению релаксационной стойкости стали.
6. Падение релаксирующего напряжения исследованных деформированных и состаренных при 500 °С в течение 1 ч сталей при температуре релаксации 400 °С в течение 20 суток не превышает 12 % для стали 03Х14Н11К5М2ЮТ (плавка 129) и 15% для стали 03Х14Н11КМ2ЮТ (плавка 5) соответственно.
7. При комнатной и криогенных температурах не наблюдается фазовых и структурных превращений, при этом релаксация напряжений обеих исследуемых сталей не превышает 2-3%.
8. Высокие значения условного предела упругости и высокая релаксационная стойкость до температуры 400 °С позволяет считать исследуемые коррозионно-стойкие аустенитные стали перспективными в качестве материала для высоконагруженных теплостойких пружин и упругих элементов.
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1. Исследуемые стали при отрицательных климатических и криогенных температурах обеспечивают необходимую прочность в сочетании с высокой вязкостью, пластичностью и низкой склонностью к хрупкому разрушению.
2. Наиболее перспективной сталью для упругих элементов и пружин является сталь 03Х14Н11К5М2ЮТ, имеющая высокие прочностные и технологические свойства и сохраняющая стабильность фазового состава от комнатной до криогенной температуры.
3. Исследуемые аустенитные стали являются деформационно-метастабильными. Чем выше степень деформации исследуемой стали и чем ниже температура деформирования, тем больше количество образовавшегося мартенсита деформации и, соответственно, выше прочностные свойства.
4. Мартенсит охлаждения исследованных аустенитных сталях пл. 129 и пл. 5 при температуре до -196 °С не образуется.
5. Холодная пластическая деформация с последующим старением при температуре 500 °С в течение 1 ч приводит к повышению условного предела упругости и увеличению стабильности структуры, что способствует повышению релаксационной стойкости стали.
6. Падение релаксирующего напряжения исследованных деформированных и состаренных при 500 °С в течение 1 ч сталей при температуре релаксации 400 °С в течение 20 суток не превышает 12 % для стали 03Х14Н11К5М2ЮТ (плавка 129) и 15% для стали 03Х14Н11КМ2ЮТ (плавка 5) соответственно.
7. При комнатной и криогенных температурах не наблюдается фазовых и структурных превращений, при этом релаксация напряжений обеих исследуемых сталей не превышает 2-3%.
8. Высокие значения условного предела упругости и высокая релаксационная стойкость до температуры 400 °С позволяет считать исследуемые коррозионно-стойкие аустенитные стали перспективными в качестве материала для высоконагруженных теплостойких пружин и упругих элементов.