Визначення ефективних режимів сходинкового старіння штампового сплаву для гарячого деформування

Анотація

З використанням методики математичного планування експерименту досліджено вплив двосходинкового (низькотемпературне + високотемпературне) старіння на твердість та високотемпературну (750 °С) ударну в’язкість штампового сплаву марки ХН35ВТЮ (ЭК39) для гарячого пресування металів. Необхідність підвищення високотемпературної ударної в’язкості сплаву зумовлена значним її зниженням при зростанні  температури  випробувань  від кімнатної до 700 –750 °С.

Для виділення при старінні частинок зміцнювальної γ′-фази типу Ni₃(Al,Ti) сплав попередньо піддавали гартуванню в маслі від температури 1150 °С. Визначення найбільш ефективних режимів двосходинкового старіння виконували  з використанням дрібної репліки ортогонального плану другого порядку типу 2^4-1. Перша (низькотемпературна) сходинка відповідає  початку спінодального розпаду пересиченого твердого розчину на стадії утворення зон Гін’є-Престона, а друга (високотемпературна) – формуванню частинок стабільної γ′-фази типу Ni₃(Ti,Al). Варіювались температура та час старіння на кожній сходинці. За даними матриці планування одержано рівняння регресії, а також проведено додаткове визначення  режимів сходинкового старіння, які забезпечують сплаву більш високий рівень обраних властивостей порівняно з рекомендованим одинарним старінням (780 ^оС, 10 годин). Встановлено, що зміна температури старіння на другій сходинці старіння не впливає на твердість сплаву в межах її варіювання (750 °C–800 °C). Незначним є також вплив на ударну в’язкість зміни температури (650 °C–700 °C) та часу витримки (2–6 годин) на першій сходинці старіння.
Підвищення високотемпературної ударної в’язкості від 38 до 120 Дж/см² (при збереженні твердості та високотемпературної міцності на тому ж рівні) досягається після сходинкового старіння 700 °С, 20 годин +750 °С, 2 години. Зростання твердості з 29 до 33 НRС при одночасному підвищенні значень ударної в’язкості до 55 Дж/см² забезпечується сходинковим старінням 725 °С, 10 годин +775 °С, 6 годин. За результатами електронно-мікроскопічного дослідження мікроструктури встановлено, що досягнутий рівень ударної в’язкості після сходинкового старіння забезпечується підвищенням дисперсності сферичних частинок γ′-фази типу Ni₃(Al,Ti). Зростання твердості  зумовлено більш рівномірним розподілом їх в об'ємі та меншим розкидом розмірів по перерізу інструмента.