Интерметаллидное упрочнение стали

Выше были рассмотрены быстрорежущие стали с карбидным упрочнением. Их высокие вторичная твердость и упрочнение в результате дисперсионного твердения при отпуске достигаются выделением карбидов легирующих элементов.

В настоящее время применяют также быстрорежущие стали, дисперсионное твердение которых вызывается выделением интерметаллидных фаз при отпуске. Эти стали отличаются от быстрорежущих сталей с карбидным упрочнением составом, многими основными и технологическими свойствами, а следовательно, и областью применения.

К новым дисперсионнотвердеющим быстрорежущим сталям относятся безуглеродистые или низкоуглеродистые высоколегированные стали, дополнительно легированные никелем, хромом и титаном (табл. 7).

Таблица 7

Группа стали Содержание элементов (среднее), %
С V Мо Ni Сr Со Ti
Пониженной теплостойкости (стойкая против коррозии): 03Н10Х11М2Т2

0,03

2,0

10,0

11

2,0

Высокой теплостойкости:

В11М7К23

0,10

11

7,5

23,0

0,1

В4М121С23

0,10

4

12,5

23,0

0,1

Повышенной

теплостойкости:

Н8К14М18Т

0,03

17,5

7,8

13,5

0,6

Для улучшения технологической пластичности и механических свойств стали В11М7К23 и В4М7К23 выплавляют в вакууме, а остальные – электрошлаковым переплавом. Стали кристаллизуются без образования эвтектики. Интерметаллиды главным образом вторичного происхождения, выделяющиеся из легированного аустенита, более мелкие (до 2-3 мкм), чем карбиды в известных быстрорежущих сталях.

Стали с интерметаллидным и карбидным упрочнением имеют общие особенности: необходимость высокого нагрева под закалку для растворения возможно большего количества упрочняющей фазы; дисперсионное твердение при отпуске (старение). Однако эффект упрочнения сталей с интерметаллидами выше, чем с карбидами, в результате твердость стали увеличивается на  HRC 2-3.

Все стали с интерметаллидным упрочнением имеют следующие общие свойства: отсутствие заметных объемных изменений, а следовательно, и деформации при закалке (вследствие низкого содержания углерода) и отпуске; незначительное влияние обезуглероживания.

Однако они различаются по теплостойкости. Наиболее высокая теплостойкость (720-730 °С) у быстрорежущих сталей. Таким образом, по теплостойкости дисперсионно – твердеющие стали занимают промежуточное положение между быстрорежущими сталями с карбидным упрочнением и твердыми сплавами.

Вторичная твердость сталей высокая –  HRC 68-69. Теплопроводность сталей, не содержащих углерода, выше, чем сталей с карбидным упрочнением. Горячая пластичность (ковкость) – удовлетворительная. Обрабатываемость резанием пониженная, так как твердость сталей после отжига HRC 32-35, вследствие влияния повышенного количества интерметаллидов. Твердость в этих пределах более низкая у стали В14М11К23. Шлифуемость хорошая, поскольку твердость интерметаллидов сравнительно невысокая.

При повышенном содержании молибдена (вместо вольфрама) достигаются немного меньшие размеры интерметаллидов и лучшая вязкость (например, у стали В4М12К23). Кобальт в этих сталях обеспечивает перекристаллизацию, так как сталь содержит много ферритообразуюших элементов вольфрама и молибдена (при 0,1 % С). Кроме того, кобальт непосредственно участвует в дисперсионном твердении, уменьшая растворимость вольфрама и молибдена при температурах отпуска. Оптимальное содержание кобальта в сталях составляет 22-23 %, а его содержание в них свыше 24-25 % излишне, так как возрастает количество интерметаллидов и ухудшаются механические свойства без значительного повышения твердости и теплостойкости.