Высокопрочные стали

К высокопрочным относятся стали, у которых s_В≥1600 МПа и s_0,2≥1400 МПа. Стали с s_0,2 >2000 МПа иногда называют сверхвысокопрочными. Высокопрочные стали используют в космической, авиационной технике, а также в ряде отраслей приборостроения. Из них изготавливают ответственные детали, высокопрочные крепеж­ные изделия, высокопрочную проволоку, тросы.

Конструктивную прочность конструкционных сталей можно оценить по диаграмме, построенной в координатах s_0,2 – К_1С, где К_1С – вязкость разрушения (рис.1). Штриховой линией отмечено значе­ние s_0,2 = 1400 МПа. На диаграмме приблизительно показаны также области различных механизмов разрушения, построенные на осно­вании фрактографических исследований [8].

Рис.1. Обобщенная диаграмма конструктивной прочности конструкционных сталей [8]:

Принятые обозначения: MAC – метастабильные аустенитные стали; НУС, СУС в ВУС – соответственно низко-, средне- в высокоуглеродистые стали; МСС – мартенситостареющие стали; СМЗ – стали со сверхмелким зерном; ТМО – стали после термомеханической обработки; ПП - эвтектоидные стали с пластинчатым перлитом;

I – область вязкого разрушения, II – область транскристаллитного скола, III – область интеркристаллитного скола, IV – область квазискола

По способу упрочнения высокопрочные стали подразделяют на мартенситные низкоотпущенные (30ХГСН2А, 40ХГСН3ВА, 35ХГСА, 35Х2АФ), дисперсионнотвердеющие (40Х5М2СФ, 40X5ФСБ), мартенситостареющие, упрочняемые термомеханической обработкой, со сверхмелким зерном, ПНП-стали (с пластичностью, наведенной превращением).

Стали со сверхмелким зерном (диаметр зерна 10 мкм и меньше) получают с помощью термоциклической обработки или с помощью скоростной аустенитизации. Достоинством таких сталей является соче­тание высокой прочности н вязкости разрушения. В этих сталях можно получать аномально высокие значения относительного удли­нения (явление сверхпластичности).

Высокопрочные ПНП-стали отличаются тем, что за счет легиро­вания их мартенситные точки опускаются ниже комнатной темпера­туры. Поэтому после закалки ПНП-стали имеют аустенитную струк­туру. В результате пластической деформации при 250...550°С с большими степенями обжатая (до 80%) мартенситная точка повы­шается выше комнатной температуры. После охлаждения сталь име­ет структуру неустойчивого аустенита, который под нагрузкой пре­вращается в мартенсит, что приводит к повышению прочности и пластичности стали. К ПНП-сталям относятся стали 30Х9Н9М4Г2С2, 25Н20М4, 25Н20М4Г2С2. В таких сталях получа­ют s_0,2 до 2000 МПа при d =20...25%.

К мартенситостареющим сталям относятся безуглеродистые (не более 0,03%С) сплавы железа с никелем, дополнительно легированные Со, Ti, Be, Al, W, Mo. Их подвергают термической обработке – закалке с 800...850°С и старению ври 480...520°С. Сталь Н18К9М5Т после термической обработки имеет: s_В = 1900...2100 МПа, s_0,2 = 1800...2000 МПа, d = 8...12%, y = 40...60 Дж/см², HRC 52...53. Эта сталь имеет высокий предел упругости (s_0,2 = 1500 МПа) и может применяться для пружин. Применяются также и менее легированные стали: Н12К8МЗГ2, Н10Х11М2Т, Н12К8М4Г2, Н9Х12Д2ТБ. Мартенситостареющие стали с 10...12%Сг обладают хорошей коррозион­ной стойкостью.