Пермский национальный исследовательский политехнический университет, Пермь, Россия

И. М. Русских, аспирант кафедры «Металловедение, термическая и лазерная обработка металлов» (МТО), эл. почта: russkix-igor@mail.ru
Ю. Н. Симонов, профессор, заведующий кафедрой МТО, докт. техн. наук, эл. почта: simonov@pstu.ru
А. А. Шацов, профессор кафедры МТО, докт. техн. наук, эл. почта: shatsov@pstu.ru

Исследовано влияние фазового состава низкоуглеродистой мартенситной стали (НМС) 08Х2Г2НМФБ и элинварного сплава 21НКМТ на упругие характеристики (резонансную частоту f_рез, разночастотность Δf и модуль упругости Е). Определены механические свойства. Структуру исследуемых материалов изучали методами дифракционного и металлографического анализа. Принципиальным структурным различием НМС и элинварного сплава является наличие в структуре НМС порядка ≈95 % реечного мартенсита, а в элинварном сплаве до 50 % реечного мартенсита и до 50 % ревертированного аустенита. Большое число межфазных границ в материале, используемом в качестве чувствительного элемента колебательной системы, представляют собой зоны сопротивления, которые могут вносить потери энергии при упругих колебаниях. Установлено, что тангенс угла наклона диаграммы разрушения у стали 08Х2Г2НМФБ больше, чем у 21НКМТ, что свидетельствует о более высоком значении модуля упругости. Прочностные характеристики сплава 21НКМТ значительно выше, чем у 08Х2Г2НМФБ (σ_в на 21 %, HRC — на 20 %). Однако низкоуглеродистая мартенситная сталь имеет лучшие показатели пластичности (δ — 7 %, ψ — 16 %) и упругих свойств (разночастотность Δf — 859 %, резонансная частота fрез — 213 %. Вычислены значения температурного коэффициента частоты для НМС 08Х2Г2НМФБ и сплава 21НКМТ, соответствующие диапазону (122–125)×10–6 1/°C и (38–41)×10–6 1/°C соответственно. Установлено, что температурная зависимость резонансной частоты НМС 08Х2Г2НМФБ ниже, чем у сплава 21НКМТ, но имеет более близкие к линейной форме изменения.

1. Красных В. И., Жданова А. С., Гаранжа Т. В. Прецизионные сплавы с заданными свойствами упругости: необходимость новой жизни // Сталь. 2015. № 7. С. 60–66.
2. Лахтин Ю. М. Металловедение и термическая обработка металлов. — М. : Металлургия, 1983. — 359 с.
3. Арзамасов Б. Н., Соловьева Т. В., Герасимов С. А. Справочник по конструкционным материалам. — М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 640 с.
4. Егармин Н. Е., Юрин В. Е. Введение в теорию вибрационных гироскопов. — М. : БИНОМ, 1993. — 111 с.
5. Швецов В. В., Симонов Ю. Н., Клейнер Л. М. Структура и механические свойства мартенситно-стареющей и низкоуглеродистой мартенситной сталей // Металловедение и термическая обработка металлов. 2005. № 1. С. 32–35.
6. Gao B. Yu., Li Wang, Yi Liu, Junliang Liu et al. Achieving ultrahigh strength by tuning the hierarchical structure of low-carbon martensitic steel // Materials Science and Engineering: A. 2023. Vol. 881. P. 2–12.
7. Русских И. М., Шацов А. А. Влияние термоциклической обработки на свойства низкоуглеродистой мартенситной стали 15Х2Г2НМФБ для деталей точных приборов // Металловедение и термическая обработка металлов. 2023. № 3 (813). С. 3–8.
8. Счастливцев В. М., Калетина Ю. В., Фокина Е. А., Калетин А. Ю. О роли остаточного аустенита в структуре легированных сталей и влиянии на него внешних воздействий // Физика металлов и металловедение. 2014. Т. 115. № 9. С. 962–976.
9. Long X. Y., Sun D. Y., Wang K., Zhang F. C. et al. Effect of carbon distribution range in mixed bainite / martensite / retained austenite microstructure on mechanical properties // Journal of Materials Research and Technology. 2022. Vol. 17. P. 898–912.
10. Li Y., San Martın David, Wang J. L., Wang C. C. et al. A review of the thermal stability of metastable austenite in steels: Martensite formation // J. Mater. Sci. Technol. 2021. Vol. 881. P. 302–319.
11. Tian J., Xu G., Zhou M., Hu H. Refined bainite microstructure and mechanical properties of a high-strength low-carbon bainitic steel treated by austempering below and above MS steel // ResIntell. 2018. Vol. 89. P. 392–411.
12. ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. — Введ. 01.01.1986.
13. Молотилов Б. В. Прецизионные сплавы. Справочник. — М. : Металлургия, 1974. — 448 с.
14. Перкас М. Д., Струг М. Д., Русаненко В. В. Элинварные мартенситостареющие стали с высоким пределом упругости // МиТОМ. 1991. № 8. С. 40–41.
15. Morsdorf L., Emelina E., Gault B., Herbig M. et al. Carbon redistribution in quenched and tempered lath martensite // ActaMaterialia. 2021. Vol. 205. 116521.