Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Стали
FagerstaRAÄ2.jpg
Фазы
Микроструктуры
Классы
Другие материалы на основе железа

Мартенситностареющие стали (а портманто 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 обусловлена ​​не углеродом, а осаждением интерметаллических соединений. Основным легирующим элементом является никель от 15 до 25 мас.% . [1] Вторичные легирующие элементы, в том числе кобальт ,молибден и титан добавляются для образования интерметаллических осадков . [1] Первоначальная разработка (Бибером из Inco в конце 1950-х) была проведена на стали с содержанием никеля 20 и 25 мас.%, 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. [2]

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 позволяет получить 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 плюс незначительные добавки алюминия, никеля и титана, где использовались составы от Fe-9 мас.% Mn до Fe-15 мас.% Mn. [3]Марганец действует так же, как никель, т. Е. 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. [4] Последний эффект позволяет проектировать мартенситностареющие стали TRIP, где TRIP означает пластичность, вызванная трансформацией. [5]

Свойства [ править ]

Из-за низкого содержания углерода мартенситностареющие стали обладают хорошей обрабатываемостью . Перед старением их также можно подвергнуть 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 . [1]

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

Номера нержавеющих сортов мартенситностареющей стали умеренно коррозии резистентные и противостоять коррозии под напряжением и водородное охрупчивание . Коррозионную стойкость можно повысить за счет кадмирования или фосфатирования .

Марки мартенситностареющей стали [ править ]

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. [6] Более высокие марки содержат больше кобальта и титана в сплаве; приведенные ниже составы взяты из таблицы 1 стандарта MIL-S-46850D:

Составы мартенситностареющих сталей
Элемент200 классОценка 250300 класс350 класс
Утюгбалансбалансбалансбаланс
Никель17,0–19,017,0–19,018,0–19,018,0–19,0
Кобальт8,0–9,07,0–8,58,5–9,511,5–12,5
Молибден3,0–3,54.6–5.24.6–5.24.6–5.2
Титан0,15–0,250,3–0,50,5–0,81,3–1,6
Алюминий0,05–0,150,05–0,150,05–0,150,05–0,15
Прочность на растяжение (МПа)1379172420682413

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. [2]

Цикл термообработки [ править ]

Сталь сначала отжигается при температуре примерно 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. После этого 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 растворенное веществоэлементы, добавленные для таких осадков. Превышение времени 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 [ редактировать ]

Прочность и пластичность мартенситностареющей стали на стадии предварительного старения позволяет формировать из нее более тонкие оболочки ракет и ракет, чем другие стали, что снижает вес при заданной прочности. [7] Мартенситностареющие стали обладают очень стабильными свойствами и даже после истощения из-за чрезмерной температуры лишь слегка размягчаются. Эти сплавы сохраняют свои свойства при слегка повышенных рабочих температурах и имеют максимальную рабочую температуру более 400 ° C (752 ° F). [ необходима цитата ]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 эскримы , обычно изготавливаются из мартенситностареющей стали. Мартенситные лезвия лучше подходят для фольги и шпаги, потому что трещины в мартенситностареющей стали в 10 раз медленнее, чем в углеродистой стали, в результате меньше ломается лезвие и меньше травм. [i] [8] Нержавеющая мартенситностареющая сталь используется в рамах велосипедов (например, Reynolds 953) и головках клюшек для гольфа . [9] [ необходима ссылка ] Он также используется в хирургических компонентах и ​​шприцах для подкожных инъекций, но не подходит для лезвий скальпелей, потому что отсутствие углерода не позволяет им удерживать хорошую режущую кромку.

Американский музыкальный продюсер инструмент струны, Ernie Ball , сделал специалист типа электрической гитары струны из мартенситностареющих стал, заявив , что этот сплав обеспечивает большую производительность и повышенный тональный ответ. [10]

Производство, импорт и экспорт мартенситностареющей стали некоторыми государствами, такими как Соединенные Штаты [11], находится под пристальным наблюдением международных органов, поскольку она особенно подходит для использования в газовых центрифугах для обогащения урана ; [12] отсутствие мартенситностареющей стали существенно затрудняет этот процесс. В более старых центрифугах использовались алюминиевые пробирки; современные, углепластик. [ необходима цитата ]

Физические свойства [ править ]

  • Плотность : 8,1 г / см³ (0,29 фунта / дюйм³)
  • Удельная теплоемкость , среднее значение для 0–100 ° C (32–212 ° F): 452 Дж / кг · K (0,108 БТЕ / фунт · ° F)
  • Температура плавления : 2575 ° F, 1413 ° C
  • Теплопроводность : 25,5 Вт / м · К
  • Средний коэффициент теплового расширения : 11,3 × 10 −6
  • Предел текучести при растяжении : обычно 1400–2 400 МПа (200 000–350 000 фунтов на кв. Дюйм) [13]
  • Предел прочности на разрыв : обычно 1,6–2,5 ГПа (230 000–360 000 фунтов на кв. Дюйм). Существуют классы до 3,5 ГПа (510 000 фунтов на квадратный дюйм)
  • Относительное удлинение при разрыве: до 15%
  • К СК трещиностойкость: до 175 МПа · м 1 / 2
  • Модуль Юнга : 210 ГПа (30 000 000 фунтов на квадратный дюйм) [14]
  • Модуль сдвига : 77 ГПа (11 200 000 фунтов на квадратный дюйм)
  • Объемный модуль : 140 ГПа (20000000 фунтов на квадратный дюйм)
  • Твердость (в возрасте): 50 HRC (марка 250); 54 HRC (сорт 300); 58 HRC (сорт 350) [ цитата ]

См. Также [ править ]

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

Ссылки [ править ]

  1. ^ Тем не менее, представление о том, что лезвия из мартенситностареющей стали ломаются, является городской легендой . Испытания показали, что характер поломки лопаток в углеродистой и мартенситностареющей стали идентичен из-за сходства режима нагружения при изгибе. Кроме того, трещина, вероятно, начнется в той же точке и будет распространяться по тому же пути (хотя и намного медленнее), поскольку распространение трещины при усталости является пластическим явлением, а не микроструктурой.


  1. ^ a b c Дегармо, Э. Пол; Черный, JT; Козер, Рональд А. (2003), Материалы и процессы в производстве (9-е изд.), Wiley, стр. 119, ISBN 0-471-65653-4
  2. ^ а б Ша, Вт; Гуо, З. (26.10.2009). Мартенситностареющие стали: моделирование микроструктуры, свойств и применения . Эльзевир.
  3. ^ Raabe, D .; Sandlöbes, S .; Миллан, JJ; Ponge, D .; Assadi, H .; Herbig, M .; Чой, П.П. (2013), Сегрегационная инженерия делает возможным фазовое превращение наноразмерного мартенсита в аустенит на границах зерен: путь к пластичному мартенситу , 61 , Acta Materialia, стр. 6132–6152.
  4. ^ Дмитриева, О .; Ponge, D .; Inden, G .; Millan, J .; Choi, P .; Sietsma, J .; Раабе, Д. (2011), «Химические градиенты на границах фаз между мартенситом и аустенитом в стали, изученные с помощью атомно-зондовой томографии и моделирования», Acta Materialia , 59 : 364–374, arXiv : 1402.0232 , doi : 10.1016 / j.actamat. 2010.09.042 , ISSN 1359-6454 , S2CID 13781776  
  5. ^ Raabe, D .; Ponge, D .; Дмитриева, О .; Шлифовальные станки, В. (2009), "нано-осадок закаленные 1,5 ГПа стали с неожиданной высокой пластичностью", Scripta Materialia , 60 (12): 1141, DOI : 10.1016 / j.scriptamat.2009.02.062
  6. ^ Военная спецификация 46850D: СТАЛЬ: ПРУКТИКА, ПЛИТА, ЛИСТ, ПОЛОСКА, ПОВКОВКИ И ЭКСТРУЗИИ, НИКЕЛЕВЫЙ СПЛАВ 18 ПРОЦЕНТОВ, МАРДЖИНГ, 200 KSI, 250 KSI, 300 KSI и 350 KSI, ВЫСОКОЕ КАЧЕСТВО, доступно по адресу http: // everyspec .com / MIL-SPECS / MIL-SPECS-MIL-S / MIL-S-46850D_19899 /
  7. ^ Джоби Уоррик (2012-08-11). «Ядерная уловка: выдавая себя за производителя игрушек, китайский торговец якобы искал американские технологии для Ирана» . Вашингтон Пост . Проверено 21 февраля 2014 .
  8. ^ Juvinall, Роберт C .; Маршек, Курт М. (2006). Основы проектирования компонентов машин (Четвертое изд.). John Wiley & Sons, Inc. стр. 69. ISBN 978-0-471-66177-1.
  9. ^ «Технология Рейнольдса» . www.reynoldstechnology.biz . Проверено 13 ноября 2020 .
  10. ^ "Slinky M-Steel Струны для электрогитары" . Эрни Болл . Проверено 15 июля 2020 . Струны для электрогитары Ernie Ball M-Steel изготовлены из запатентованного сплава Super Cobalt, обернутого вокруг проволоки с шестигранным сердечником из стали Maraging, что обеспечивает более богатый и полный звук с мощным низкочастотным откликом.
  11. ^ Consolidated федеральных правил часть 110 - экспорт и импорт ядерного оборудования и материалов , извлекаются 2009-11-11 .
  12. ^ Patrikarakos, Дэвид (ноябрь 2012). Ядерный Иран: рождение атомного государства . IB Tauris. п. 168. ISBN 978-1-78076-125-1.
  13. ^ http://www.imoa.info/
  14. ^ Оуэ, Юджи; Мацумото, Кодзи (10 сентября 2007 г.). «Контактная усталость скольжения – качения и износ валков из мартенситностареющей стали с ионным азотированием и дробеструйным упрочнением». Носить . 263 (1–6): 782–789. DOI : 10.1016 / j.wear.2007.01.055 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Паспорта мартенситностареющей стали