Obrabotka Metallov 2013 No. 2

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 2 (59) 2013 64 МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ Предлагаемая обработка имеет ряд досто- инств. Горячая деформация приводит к измель- чению зерен аустенита, способствует формиро- ванию при охлаждении развитой субструктуры α-твердого раствора и измельчению пластин мартенсита и бейнита. При ВТММБ-обработке мартенситное превращение характеризуется своей незавершенностью. Мартенситные кри- сталлы окружены аустенитом, обеспечивающим релаксацию внутренних напряжений в стали. Кроме того, мартенсит преимущественно обра- зуется в микрообъемах, обедненных углеродом и обладающих повышенной температурой нача- ла мартенситного превращения М н , что способ- ствует образованию в структуре стали реечного мартенсита, характеризующегося по сравнению с двойникованным повышенной вязкостью раз- рушения. В качестве материала для исследования была использована высококачественная среднеугле- родистая легированная сталь марки 40Х2Н2МА, которая широко используется для изготовления наиболее ответственных деталей ударных ма- шин. Высокотемпературную термомеханичес- кую обработку стали 40Х2Н2МА с мартенсито- бейнитным превращением аустенита (ВТММБ) проводили по следующим режимам. Заготовки из стали размером 20×50×7 мм нагревали до температуры 910 °С и выдерживали при этой температуре в течение 20 минут. Затем произво- дили прокатку заготовок с деформацией 40 % с последующим ускоренным охлаждением в рас- плаве солей при температуре 270 °С в течение 5 минут. Дальнейшую изотермическую выдерж- ку производили в камерной печи при температу- ре 350 °С. Окончательное охлаждение заготовок осуществляли на спокойном воздухе. Режим де- формирования стали был выбран на основании результатов научных исследований технологии регулируемого термопластического упрочнения, длительное время проводимых под руководством Л.И. Тушинского на кафедре материаловедения в машиностроении НГТУ [5]. Деформация со степенью 40 % обеспечивает эффективное из- мельчение структуры аустенита и формирование мелкодисперсной структуры с высоким уровнем механических свойств. Температуры предвари- тельного охлаждения 270 о С и изотермического превращения с распадом в бейнитной области 350 о С были выбраны в соответствии с резуль- татами научных исследований [3]. При данных режимах в стали формируется структура с объ- емными долями мартенсита и бейнита 40 и 60 % соответственно, что обеспечивает сочетание вы- соких прочностных характеристик со значитель- ными показателями сопротивления усталостно- му разрушению. Эффективность предлагаемого способа тер- мической обработки оценивалась путем сравне- ния со свойствами стали после закалки и отпуска, изотермической закалки, высокотемпературной термомеханической обработки с бейнитным превращением (ВТМИЗО) и технологии высоко- температурной термомеханической обработки (ВТМО). Все вышеуказанные технологические процессы обеспечивали формирование в стали структуры твердостью HRC 36-46, которая, по литературным данным, обеспечивает наивыс- шие показатели сопротивления усталостному разрушению. Закалку с отпуском проводили по следующим режимам: нагрев до 870 о С с выдержкой при этой температуре в течение 20 минут, охлаждение в масле и отпуск в камерной печи в течение одно- го часа при температуре 400 о С. Изотермическую обработку с распадом аустенита в бейнитной об- ласти выполняли следующим образом: нагрев до 870 о С с выдержкой при этой температуре в течение 20 минут, охлаждение в расплаве солей при температуре 350 о С с выдержкой в течение одного часа. Технологический процесс ВТМИЗО проводили по следующей схеме: нагрев стали до 910 о С с выдержкой при этой температуре в тече- ние 20 минут, прокатка со степенью деформации 40 %, охлаждение и изотермическая выдержка в расплаве солей при температуре 350 о С в те- чение одного часа. Обработку ВТМО осущест- вляли по следующим режимам: нагрев стали до 910 о С, выдержка при этой температуре в тече- ние 20 минут, прокатка со степенью деформации 40 %, быстрое охлаждение в масле и последую- щий отпуск в камерной печи при температуре 400 о С в течение одного часа. В качестве критериев для сравнения эффек- тивности различных видов термической и тер- момеханической обработки стали использовали твердость по Роквеллу, механические свойства при испытаниях на растяжение, ударный изгиб и усталость. Определение прочностных харак- теристик материалов при статических испыта-