Obrabotka Metallov. 2016 no. 3(72)

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (72) 2016 34 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Рис. 2. Структура зон, сформированных в результате терми- ческой обработки слоистого композита, состоящего из че- редующихся пластин инструментальной штамповой стали 5ХВ2С и аустенитной хромоникелевой стали 12Х18Н10Т: 1 – исходный аустенит стали 12Х18Н10Т; 2 – упрочненный кар- бидными частицами аустенит стали 12Х18Н10Т; 3 – вихревые зоны; 4 – промежуточный слой, состоящий из остаточного аусте- нита и пакетов мартенсита; 5 – участок стали 5ХВ2С, обедненный углеродом; 6 – мартенсит стали 5ХВ2С слоев стали 12Х18Н10Т углеродом содержащегося в ней титана стано- вится недостаточно для стабилизации γ-фазы и избыточный углерод вступает в реакцию с металлами, формируя кар- биды, обогащенные хромом (М 23 С 6 ), что повышает твердость материала до ~ 300 HV (рис. 1, зона 2; рис. 2, фото 2). Глубина такого упрочненного карбидами слоя колеблется в диапазо- не от 55 до 200 мкм. В результате диффузии хро- ма и никеля из аустенитной стали 12Х18Н10Т в инструментальную сталь 5ХВ2С концентрация легирую- щих элементов в последней возраста- ет, что приводит к смещению точек начала и конца мартенситного превращения в об- ласть более низких температур. Формиро- вание мартенситной структуры происходит в результате охлаждения холодными слоями окружающего металла. Незавершенность же процесса мартенситного превращения объясняет присутствие в анализируемой об- ласти повышенного количества остаточного аустенита. Таким образом, граница между соединенными пластинами разнородных сталей характеризуется наличием тонкого (~3...5 мкм) слоя, состоящего из аустенита и беспорядочно расположенных в нем пакетов мартенсита (рис. 1, зона 4; рис. 2, фото 4). Внутренние слои сталей 12Х18Н10Т и 5ХВ2С не претерпевают существенных структурных изменений и состоят из аусте- нита (рис. 1, зона 1; рис. 2, фото 1) и мар- тенсита (рис. 1, зона 6; рис. 2, фото 6). Для исследования влияния структурных изменений на механические свойства свар- ных композиций были проведены испы- тания слоистых образцов на ударную вяз- кость (рис. 3, а ). Ударная вязкость сварной композиции после термической обработки возросла в полтора раза по сравнению с термически необработанной композицией (с 800 до 1200 кДж/м 2 ). Объясняется это релаксационными процессами, протека- ющими в ходе термической обработки в хромоникелевой стали, а также особенно- стями разрушения инструментальной стали а б Рис. 3. Результаты испытаний материалов на ударную вязкость: 1 – сталь 5ХВС; 2 – сталь 12Х18Н10Т; 3 – композиция «сталь 5ХВ2С – сталь 12Х18Н10Т»; 4 – композиция «сталь 5ХВ2С – сталь 12Х18Н10Т» после термической обработки ( а ); фрактограмма излома термически об- работанной композиции «сталь 5ХВ2С – сталь 12Х18Н10Т», получен- ного в условиях динамического нагружения: А – аустенит; Ф – феррит; М – мартенсит ( б )