Ученые Пермского политеха выяснили, как температура закалки стали влияет на ее характеристики, и разработали рекомендации для повышения ее устойчивости к трещинам. Они пригодятся на промышленных объектах, где металл испытывает повышенные нагрузки, — например, на электростанциях или арктических нефтепромыслах.
Пермские ученые изучили показатели устойчивости к образованию трещин при периодических нагрузках на примере одной из распространенных сталей — 03Х11Н10М2Е (ЭП-678). Из нее делают элементы турбомашин, авиадвигателей, зубчатых колес и многих других, в том числе в нефтегазовой отрасли.
Такая сталь является мартенситностареющей — она содержит мартенсит, особую структуру, которая образуется в результате перестройки атомов внутри металла после нагрева и последующего охлаждения. Эта структура придает металлам и сплавам высокую прочность, пластичность и ударную вязкость — способность поглощать механическую энергию при деформации и не разрушаться. При этом важно контролировать устойчивость такого металла к трещинам.
Пермяки подвергли промышленные слитки горячей ковке и изготовили образцы для исследования. Заготовки закаливали в воде от 920 градусов и три часа выдерживали при температуре 300–560 градусов. Испытания на устойчивость к трещинам проводили на специальной машине. Затем ученые изучили образцы до и после экспериментов с помощью микроскопов.
Ранее считалось, что чем мельче структура металла, тем выше его устойчивость к трещинам. Исследование же показало: укрупнение элементов повышает устойчивость к разрушениям в условиях периодической нагрузки. Максимальный положительный эффект наблюдался при низких нагрузках — не более 1–2 тонны. После закалки при 1200 градусах скорость роста трещин оказалась в три раза меньше, чем после закалки при 920 градусах, при этом структура стали получалась крупнее. Ученые сделали вывод: чем выше температура закалки и крупнее «зерно» в структуре металла, тем медленнее он разрушается.