Исследование энергии удара нержавеющей стали 14Cr17Ni2 | MachineMFG

Исследование энергии удара нержавеющей стали 14Cr17Ni2

0
(0)

Материал 14Cr17Ni2 относится к категории мартенситно-ферритных нержавеющих сталей и обладает хорошей коррозионной стойкостью и высокими механическими свойствами. Она устойчива к воздействию окислительных кислот и органических кислот в водных растворах.

Этот сплав обычно используется для изготовления конструкционных и крепежных деталей, требующих коррозионной стойкости. Детали подвергаются растяжению, сдвигу и ударам, поэтому они должны обладать не только обычными механическими свойствами, но и хорошей ударной вязкостью.

Однако горячая обработка 14Cr17Ni2 сложна и часто приводит к некачественным механическим свойствам. По статистике, в основном страдает энергия удара, что увеличивает производственные затраты, задерживает сроки поставки и приводит к ненужным потерям.

В этом посте представлены результаты экспериментальных исследований, доказывающих, что 14Cr17Ni2 обладает очевидной отпускной хрупкостью при средних температурах. Явление отпускной хрупкости было впервые обнаружено во время Первой мировой войны и получило название "болезнь Круппа".

Небольшие колебания химического состава могут существенно повлиять на структуру и свойства стали, а изменения содержания углерода и хрома оказывают значительное влияние на энергию удара.

Поэтому при практическом использовании необходимо контролировать и корректировать состав в соответствии с условиями и требованиями применения. Одиннадцать печей кованых прутков из сплава 14Cr17Ni2 с различным химическим составом были обработаны по одной и той же системе термической обработки, и были проведены ударные испытания по Шарпи образцов с U-образным надрезом.

Сравнивалось и анализировалось влияние различных химических составов на энергию удара. Кроме того, было проведено ударное испытание по методу Шарпи образцов с U-образным надрезом после обработки одной печи кованых прутков при различных температурах отпуска, и было проведено сравнение влияния различных температур отпуска на энергию удара.

Материалы и методы испытаний

11 печей из 14Cr17Ni2 Используются кованые стержни из сплава диаметром 90 мм.

Химический состав см. в таблице 1.

Таблица 1 Химический состав кованого прутка (wt%)

Серийный номер:CCrNiMnSi SP
 0.11~0.1716~181.5~2.5≤0.8≤0.8≤0.015≤0.03
10.1516.11.770.560.280.00180.022
20.1416.21.770.560.280.00180.022
30.1516.212.270.50.580.00180.02
40.1616.32.230.370.0540.00260.013
50.1416.452.260.60.120.00040.022
60.1416.462.270.620.150.00030.023
70.1514.462.250.460.10.00240.012
80.1416.472.30.342.30.00150.02
90.1616.492.260.520.310.00180.013
100.1516.52.230.240.510.00120.011
110.1216.512.340.470.340.0060.017

Чтобы исследовать энергию удара 14Cr17Ni2 в зависимости от температуры отпуска, кованый пруток № 10 сначала подвергли термической обработке при температуре 990 ℃ в течение 1,5 часов с использованием масляного охлаждения. После закалка масломСтержень был закален при температурах 300 ℃, 380 ℃, 400 ℃, 450 ℃, 520 ℃, 550 ℃, 600 ℃ и 680 ℃ в течение 4 часов, а затем охлажден водой.

Чтобы исследовать влияние химического состава 14Cr17Ni2 на энергию удара, 11 кованых прутков были подвергнуты термической обработке при температуре 990 ℃ в течение 1,5 часов с использованием масляного охлаждения, а затем отпуску при температурах 300 ℃ и 520 ℃ соответственно.

Размер образца для маятникового ударного испытания по Шарпи, согласно GB/T 229-2020 металлические материалы метод, имел размеры 55 мм × 10 мм × 10 мм с U-образным надрезом и выполнялся при комнатной температуре в продольном направлении.

Металлографическая структура наблюдалась с помощью металлографического микроскопа Olympus Gx71.

В качестве коррозионного агента использовалась смесь CuCl2 (5 г), HCl (100 мл) и этанола (100 мл).

Анализ результатов испытаний

Влияние температуры отпуска на энергию удара 14Cr17Ni2

На рис. 1 показана энергия удара 14Cr17Ni2 при различных температурах отпуска.

При сравнении зависимости между различными температурами отпуска и энергией удара было обнаружено, что в диапазоне температур отпуска от 300°C до 450°C энергия удара материала значительно снижается со 100 Дж до 19 Дж.

Однако в диапазоне закалки от 300°C до 680°C энергия удара сначала уменьшается, а затем увеличивается. При отпуске при температуре 680°C энергия удара увеличивается до 78 Дж, а самая низкая точка энергии удара находится около 450°C и составляет 19 Дж.

Это указывает на то, что материал обладает очевидной отпускной хрупкостью. Температурный диапазон для этой отпускной хрупкости составляет от 350°C до 550°C, и температура отпуска оказывает значительное влияние на энергию удара материала.

Рис. 1 Энергия удара 14Cr17Ni2 при различных температурах отпуска

Сравнивая макроскопическую морфологию излома при различных температурах отпуска (рис. 2 и рис. 3), можно заметить, что излом, закаленный при 520 ℃, демонстрирует типичное межзеренное хрупкое разрушение. Он характеризуется многочисленными яркими поверхностями, каждая из которых соответствует границе зерна.

С другой стороны, макроскопическая морфология поверхности разрушения, закаленной при 600 ℃, демонстрирует вязкое разрушение, характеризующееся трансгранулярным разрушением и речным рисунком. Об этом свидетельствует наличие четких ямок и губ сдвига на поверхности излома.

Рис. 2 Макроморфология излома при различных температурах отпуска

Рис. 3 Морфология разрушения при различных температурах отпуска

Микроструктура 14Cr17Ni2 после закалки состоит из реек мартенсит и феррит.

При отпуске мартенсит подвергается распаду с образованием карбидов, а феррит остается неизменным.

При закалке при температурах от 200℃ до 300℃, осаждение карбидов в структуре матрицы постепенно увеличивается и остается мелкодисперсным, что приводит к высокой энергии удара.

При температуре 350℃ на границах зерен осаждается ограниченное количество карбидов.

В диапазоне от 400℃ до 550℃ количество карбидов, выпадающих между пластинами и на границах зерен, значительно увеличивается, что приводит к дисперсному распределению по пластинам и границам зерен.

Повышенное осаждение карбидов на границах зерен приводит к значительному снижению энергии удара стали и заметной тенденции к хрупкости и межзеренному разрушению.

Когда температура отпуска превышает 600℃, карбиды начинают растворяться, и хрупкость стали снижается.

Влияние химических элементов на энергию удара 14Cr17Ni2

14Cr17Ni2 сталь является одним из видов Мартенситно-ферритная нержавеющая сталь. Ее структура в закаленном состоянии состоит из мартенсита, дельта-феррита и сохранившегося аустенит.

При отпуске карбиды M23C6 выпадают из мартенсита и дельта-феррита и скапливаются на границах зерен. Это приводит к распаду мартенсита на закаленный сорбит.

На рисунке 4 показана металлографическая микроструктура при различных энергиях удара. Можно заметить, что металлографическая микроструктура при энергиях удара 52J и 35J имеет размер зерна класса 5. Однако в последнем случае наблюдается большее количество карбидных частиц, осажденных на границах зерен.

Присутствие этих карбидов на границах зерен значительно снижает энергию удара стали, делая ее более хрупкой и склонной к межзеренным разрушениям.

Рис. 4 Металлографическая микроструктура, соответствующая различным энергиям удара

Основной элементы сплава в 14Cr17Ni2 являются C, Cr и Ni, в то время как Si и Mn оказывают минимальное влияние на структуру и свойства стали. Присутствие Ni не оказывает существенного влияния на хрупкость при отпуске. Энергия удара поковок из 14Cr17Ni2 в основном определяется содержанием C и Cr, так как карбид хрома влияет на энергию удара.

Это видно на рис. 5, где показана энергия удара 14Cr17Ni2 с разным содержанием C и Cr. Энергия удара как при 300°C, так и при 520°C демонстрирует схожую тенденцию, что подтверждает вывод о том, что энергия удара сырья является основным фактором.

Рис. 5 Энергия удара 14Cr17Ni2 с различным содержанием C и Cr

Из рисунка 5 видно, что энергия удара 14Cr17Ni2 в целом уменьшается при увеличении содержания Cr. Однако, когда содержание Cr остается постоянным, энергия удара уменьшается с увеличением содержания C.

Заключение

(1) Энергия удара 14Cr17Ni2 при отпуске в диапазоне от 300 ℃ до 680 ℃ сначала уменьшается, а затем увеличивается. Самая низкая точка энергии удара происходит около 450 ℃, а значение удара обычно низкое в диапазоне от 350 ℃ до 550 ℃, ниже 39J (GJB 2294A-2014).

Это указывает на то, что материал обладает значительной отпускной хрупкостью, а температура отпуска оказывает существенное влияние на энергию удара. Температура в интервале от 350 ℃ до 550 ℃ считается температурой интервала хрупкости при отпуске для данного материала.

(2) Колебания химического состава сырья сильно влияют на энергию удара 14Cr17Ni2. С увеличением содержания элементов C и Cr энергия удара материала имеет общую тенденцию к снижению.

(3) Чтобы обеспечить энергию удара 14Cr17Ni2 при закалке при 350-540 ℃, необходимо строго контролировать содержание элементов C и Cr в сырье.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх