ПОЛУЧЕНИЕ В МАТЕРИАЛах СЛОИСТОЙ структуры СПОСОБАМИ ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОЙ ОБРАБОТКИ

Анотація

Получение в материалах слоистой структуры в настоящее время осуществляется соединением разнородных металлов или сплавов методами литья, прокатки, сварки, наплавки и др. Одним из перспективных направлений получения в материалах такой структуры может быть создание макроскопических (соизмеримых с размерами изделия) градиентов структурно-фазового состояния в объеме мономатериала. Таким градиентам сопутствует чередование прочных и пластичных слоев. Это может быть достигнуто применением различных способов дифференцированной обработки. Она заключается в сочетании общего (объемного) и локального (местного) воздействия на материал. В результате последнего механические, тепловые, магнитные поля распределяются не равномерно по всему объему, а локализуются в отдельных слоях материала. Это приводит к тому, что фазовые и структурные превращения протекают в материале не одновременно, а в разной последовательности. Задачи общего и локального (местного) воздействий различны. Если в результате первого обеспечивают повышенный уровень твердости и прочности поверхностного слоя, то под действием второго - пластичность, ударную вязкость и наоборот. Например, в листовой заготовке после общей термообработки получают отпущенный мартенсит, а в поверхностном слое после градиентного нагрева - сорбит отпуска. Между поверхностью и сердцевиной образуется переходный слой, в котором одна структура постепенно переходит в другую. Создание такого слоистого материала может быть целесообразно при необходимости сочетать высокую прочность с сопротивлением коррозионному растрескиванию. При необходимости получить твердую поверхность и вязкую сердцевину способы дифференцированной обработки должны приводить к созданию структур, противоположных рассмотренному выше случаю. Материал с чередованием прочных и пластичных слоев можно создать сочетанием общей деформации листовой заготовки и последующего разупрочняющего нагрева поверхности. При таком способе перспективными являются стали с метастабильным аустенитом, в которых неупрочненная поверхность обладает повышенной износостойкостью, а сердцевина ‑ прочностью.
В мартенситностареющих сталях дифференцированные обработки обеспечивают чередование слоев состаренного и несостаренного мартенсита. Так закалкой получают во всем объеме листовой заготовки низкоуглеродистый мартенсит невысокой твердости (HRC 28-30). Последующим градиентным нагревом поверхности на заданную глубину достигается его старение, что увеличивает твердость до HRC 50-52. Может быть реализован и другой вариант дифференцированной обработки, в результате которой во всем объеме получают состаренный мартенсит, а в поверхностном ‑ несостаренный.
Способы дифференцированной обработки могут включать сочетание химико-термической и термической обработок. Используется не только насыщение поверхности требуемыми элементами, но и, напротив, удаление их с поверхности. Например, в марганцевой стали 10Г12 цементация и последующая закалка создают в поверхностном слое структуру метастабильного аустенита, а в сердцевине ‑ мартенсита. Напротив, в стали 110Г6 обезуглероживание поверхности на заданную глубину позволяет получить слой с преимущественно мартенситной структурой, обладающей высокой твердостью. Под ним располагается переходный слой с мартенситно-аустенитной структурой, а затем ‑ аустенитной. Варианты дифференцированных обработок многообразны. Поверхностный слой может обрабатываться источниками концентрированной энергии, в том числе с расплавлением и дополнительным легированием. Одним из вариантов для реализации этого является химико-термическая обработка, дополнительное легирование, в том числе с расплавлением поверхностного слоя.