Эффективность механизмов упрочнения в сталях

В условиях горячей пластической деформации в актах высокотемпературного упрочнения активно участвуют диффузионные процессы, оказывая существенное влияние на миграцию атомов, фазовую и морфологическую стабильность образующихся агрегатов, упорядоченность и подвижность дефектов кристаллического строения. И если по параметру концентрационного влияния первое место прочно принадлежит системе легирования (dσ/dc), то по эффекту деформационного упрочнения (dσ/d γ) наибольшее влияние оказывают объекты мезоструктуры деформационной природы, в первую очередь, частицы разной морфологии и границы раздела (табл. 6).

Важным практическим результатом является способность азота участвовать в работе основных механизмов упрочнения: твердорастворного, деформационного, зернограничного и дисперсионного.

Твердорастворное упрочнение обусловлено влиянием нульмерных дефектов кристаллического строения – вакансий, атомов внедрения.

Деформационное упрочнение вызвано генерацией и торможением подвижных носителей пластической моды –линейных дефектов (дислокаций).

Зернограничное упрочнение связывают с размерами объектов (зерен), в пределах которых осуществляется генерация и движение дислокаций.

Дисперсионное упрочнение создается за счет геометрических особенностей (мест залегания) и характера распределения препятствий движению дислокаций в пределах зон сдвига.

Надежно установлено, что на изменения предела текучести Δσ металлических материалов, ответственного за металлоемкость конструкции, оказывают сопоставимое влияние разные механизмы упрочнения (табл.7), обусловленные накоплением и взаимодействием дефектов кристаллического строения. Сочетание разных механизмов упрочнения способно придать металлу сопротивление деформации по значениям предела текучести σ_0,2 до 700 МПА и сопротивление разрушению по параметру ударной вязкости KCV⁺²⁰ до 200 Дж/см².

В зависимости от термодеформационных режимов горячей пластической деформации в сплаве, насыщенным азотом, возможно образование различных метастабильных структурных состояний. Заметной трудностью при производстве сталей такого типа является склонность твердорастворной матрицы к выделению нитридов хрома при 500 - 900°С по схеме прерывистого распада (рис. 27):

γ → γ + Cr₂N.

Проявление нестабильности матрицы выражено тем более резко, чем больше степень пересыщения аустенита азотом. Прерывистый распад аустенита, пересыщенного азотом, происходит с образованием пластинчатых колоний, состоящих из аустенита с равновесным содержанием азота и нитрида Сr₂N с гексагональной плотноупакованной кристаллической решеткой.

Таблица 7

Основные механизмы упрочнения

Металлических материалов

Возникновение такой пластинчатой структуры приводит к неоднородности механических свойств деталей, имеющих большие площади сечения, значительному снижению пластичности и ударной вязкости, а также к ухудшению свариваемости стали.

Устранение отрицательного влияния прерывистого распада на механические свойства стали достигается:

- легированием ванадием, обеспечивающим смену прерывистого распада γ→γ + Cr₂N на непрерывный распад γ_s —> γ + VN (γ_s — пересыщенный азотом аустенит);

- термопластической обработкой, изменяющей форму и характер распределения частиц Cr₂N и формирующей структуру типа «микродуплекс»;

- горячим пластическим деформированием с окончанием обработки при температуре, превышающей температуру начала реакции прерывистого распада, но недостаточной для развития собирательной рекристаллизации аустенита;

а)	б)
Рис.27 Ультрадисперсные частицы в матрице –а) и дугообразные следы прерывистого распада твердого раствора, декорированные ямками травления –б), в сплаве типа 04Х20Н6 после деформации со скоростью έ = 1 c-1 при температуре 1000 оС.

- гранульной технологией, обеспечивающей измельчение колоний γ+ Cr₂N в гранулах, полученных при быстром охлаждении.

В экспериментах с имитацией ТМО использован аустенитный сплав с содержанием азота (0,4-0,6%) типа 04Х20Н6, который в машиностроении рассматривается как коррозионностойкий свариваемый материал.