Мартенситностареющая сталь - Maraging steel

Мартенситностареющие сталипортманто из « мартенситной » и «старение») являются стали ( железные сплавы ), которые известны , обладающие высокой прочностью и ударной вязкости без потери пластичности . Старение относится к длительному процессу термической обработки. Эти стали представляют собой особый класс низкоуглеродистых сверхвысокопрочных сталей, прочность которых определяется не углеродом, а осаждением интерметаллических соединений. Основной легирующий элемент - от 15 до 25 мас.% Никеля . Вторичные легирующие элементы, в том числе кобальт , молибден и титан , добавляются для образования интерметаллических осадков . Первоначальная разработка (Бибером из Inco в конце 1950-х годов) была проведена для сталей с содержанием никеля 20 и 25 вес.%, В которые были внесены небольшие добавки алюминия , титана и ниобия ; рост цен на кобальт в конце 1970-х годов привел к разработке мартенситностареющих сталей, не содержащих кобальт.

Обычные марки без нержавеющей стали содержат 17–19 мас.% Никеля, 8–12 мас.% Кобальта, 3–5 мас.% Молибдена и 0,2–1,6 мас.% Титана. Добавление хрома дает нержавеющие марки, устойчивые к коррозии. Это также косвенно увеличивает прокаливаемость, поскольку они требуют меньше никеля; Стали с высоким содержанием хрома и никелем обычно являются аустенитными и не могут превращаться в мартенсит при термообработке, в то время как стали с низким содержанием никеля могут превращаться в мартенсит. Альтернативные варианты мартенситностареющих сталей с пониженным содержанием никеля основаны на сплавах железа и марганца с небольшими добавками алюминия, никеля и титана, где использовались составы от Fe-9 мас.% Mn до Fe-15 мас.% Mn. Марганец действует так же, как никель, то есть стабилизирует аустенитную фазу. Следовательно, в зависимости от содержания в них марганца, мартенситностареющие стали Fe-Mn могут быть полностью мартенситными после закалки из высокотемпературной аустенитной фазы или могут содержать остаточный аустенит. Последний эффект позволяет проектировать мартенситностареющие стали TRIP, где TRIP означает пластичность, вызванную трансформацией.

Характеристики

Из-за низкого содержания углерода мартенситностареющие стали обладают хорошей обрабатываемостью . Перед старением они также могут быть подвергнуты холодной прокатке до 90% без образования трещин. Мартенситностареющие стали обладают хорошей свариваемостью , но впоследствии их необходимо подвергнуть старению, чтобы восстановить первоначальные свойства в зоне термического влияния .

После термообработки размер сплава изменяется незначительно, поэтому его часто подвергают механической обработке до окончательных размеров. Из-за высокого содержания легирующих элементов мартенситностареющие стали обладают высокой прокаливаемостью. Поскольку пластичные мартенситы FeNi образуются при охлаждении, трещины отсутствуют или они незначительны. Сталь можно азотировать для увеличения твердости корпуса и отполировать до тонкой обработки поверхности.

Не нержавеющие разновидности мартенситностареющей стали обладают средней устойчивостью к коррозии и устойчивы к коррозии под напряжением и водородной хрупкости . Коррозионную стойкость можно повысить за счет кадмирования или фосфатирования .

Марки мартенситностареющей стали

Мартенситностареющие стали обычно обозначаются числом (200, 250, 300 или 350), которое указывает приблизительный номинальный предел прочности при растяжении в тысячах фунтов на квадратный дюйм; Состав и требуемые свойства определены в MIL-S-46850D. Более высокие марки содержат больше кобальта и титана в сплаве; приведенные ниже составы взяты из таблицы 1 стандарта MIL-S-46850D:

Составы мартенситностареющих сталей
Элемент 200 класс Оценка 250 300 класс 350 класс
Железо остаток средств остаток средств остаток средств остаток средств
Никель 17,0–19,0 17,0–19,0 18,0–19,0 18,0–19,0
Кобальт 8,0–9,0 7,0–8,5 8,5–9,5 11,5–12,5
Молибден 3,0–3,5 4.6–5.2 4.6–5.2 4.6–5.2
Титан 0,15–0,25 0,3–0,5 0,5–0,8 1,3–1,6
Алюминий 0,05–0,15 0,05–0,15 0,05–0,15 0,05–0,15
Прочность на растяжение (МПа) 1379 1724 2068 2413

Это семейство известно как мартенситностареющие стали 18Ni из-за содержания в нем никеля. Существует также семейство мартенситностареющих сталей, не содержащих кобальт, которые дешевле, но не так прочны; одним из примеров является Fe-18,9Ni-4,1Mo-1,9Ti. В России и Японии проводились исследования мартенситностареющих сплавов Fe-Ni-Mn.

Цикл термообработки

Сталь сначала отжигается при температуре приблизительно 820 ° C (1510 ° F) в течение 15–30 минут для тонких профилей и в течение 1 часа на каждые 25 мм толщины для тяжелых профилей, чтобы обеспечить формирование полностью аустенитизированной структуры. За этим следует охлаждение на воздухе или закалка до комнатной температуры с образованием мягкого, сильно дислоцированного железоникелевого пластинчатого (не сдвоенного) мартенсита. Последующее старение ( дисперсионное твердение ) более распространенных сплавов в течение примерно 3 часов при температуре от 480 до 500 ° C приводит к мелкой дисперсии интерметаллических фаз Ni 3 (X, Y) вдоль дислокаций, оставленных мартенситным превращением, где X и Y равны растворенные элементы, добавленные для такого осаждения. Избыточное истощение приводит к снижению стабильности первичных, метастабильных, когерентных выделений, что приводит к их растворению и замене полукогерентными фазами Лавеса, такими как Fe 2 Ni / Fe 2 Mo. Дальнейшая чрезмерная термообработка вызывает разложение мартенсита. и возврат к аустениту.

Новые составы мартенситностареющих сталей выявили другие интерметаллические стехиометрии и кристаллографические отношения с исходным мартенситом, включая ромбоэдрический и массивный комплекс Ni 50 (X, Y, Z) 50 (Ni 50 M 50 в упрощенных обозначениях).

Использует

Прочность и пластичность мартенситностареющей стали на стадии предварительного старения позволяет формировать из нее более тонкие ракеты и оболочки ракет, чем другие стали, что снижает вес при заданной прочности. Мартенситностареющие стали обладают очень стабильными свойствами и даже после истощения из-за чрезмерной температуры лишь слегка размягчаются. Эти сплавы сохраняют свои свойства при умеренно повышенных рабочих температурах и имеют максимальную рабочую температуру более 400 ° C (752 ° F). Они подходят для компонентов двигателя, таких как коленчатые валы и шестерни, а также для ударников автоматического оружия, которые периодически меняют состояние от горячего до холодного при значительной нагрузке. Благодаря их равномерному расширению и легкой обработке перед старением мартенситностареющая сталь может использоваться в быстроизнашиваемых компонентах сборочных линий и штампов . Другие сверхвысокопрочные стали, такие как сплавы AerMet , не поддаются механической обработке из-за содержания в них карбидов.

В фехтовании лезвия, используемые на соревнованиях, проводимых под эгидой Международной федерации эскрима , обычно изготавливаются из мартенситностареющей стали. Мартенситностареющие лезвия лучше подходят для фольги и шпаги, потому что трещины в мартенситностареющей стали в 10 раз медленнее, чем в углеродистой стали, что приводит к меньшему количеству поломок лезвия и меньшему количеству травм. Нержавеющая сталь используется в рамах велосипедов (например, Reynolds 953) и головках клюшек для гольфа . Он также используется в хирургических компонентах и ​​шприцах для подкожных инъекций, но не подходит для лезвий скальпелей, поскольку отсутствие углерода не позволяет им удерживать хорошую режущую кромку.

Американский музыкального продюсер инструмент струна Ernie Ball сделал специалист типа электрической гитары струны из мартенситностареющих стал, заявив , что этот сплав обеспечивает большую производительность и повышенный тональный ответ.

Производство, импорт и экспорт мартенситностареющей стали некоторыми государствами, такими как Соединенные Штаты, тщательно контролируется международными органами, поскольку она особенно подходит для использования в газовых центрифугах для обогащения урана ; отсутствие мартенситностареющей стали значительно затрудняет этот процесс. В более старых центрифугах использовались алюминиевые пробирки; современные, композит из углепластика.

Физические свойства

Смотрите также

  • Aermet
  • Сталь USAF-96 и Eglin (недорогие мартенситностареющие стали с меньшим содержанием никеля и других дорогих материалов.)

использованная литература


внешние ссылки