Управление структурой и свойствами сталей 110Г13Л, 38ХС, 45ХН, используемых для изготовления деталей специальных машин

Таблица 1 – Состав партий опытных плавок стали 110Г13Л (n=3; P=0,95) Партия Содержание элемента*, % C Mn Si Cr Ni Mo S P A 0,65 13,3 0,32 - - - 0,02 0,03 B 1,15 13,4 0,54 0,57 3,40-3,45 0,60-0,65 0,02 0,02 C 1,15 13,3 0,55 0,57 3,64-3,72 1,35-1,40 0,01 0,02 D 0,74 13,2 0,38 0,63 1,39-1,42 0,38-0,42 0,01 0,02 E 0,95 13,3 0,42 0,60 0,93-0,99 0,48-0,53 0,01 0,01 R11 1,24 12,8 0,30 0,48 - - 0,005 0,003 R13 1,25 13,2 0,30 0,50 0,51-0,53 - 0,01 0,01 * – остальное Fe Показано, что управление структурой и свойствами стали 110Г13Л, влияющими на долговечность и надежность деталей спецмашин, оправдано экономически и наиболее легко реализуется технически при легировании этого материала Мо и Ni, которые влияют на структуру марганцовистого аустенита по различным механизмам. Выбор среди всех модификаторов феррогадолиния IG75 для модицирования стали 110Г13ЛА обусловлен не только максимальной для этого РЗМ величиной квазиравновесной концентрации пластинчатых и сферических центров кристаллизации графита на p-T-диаграмме модельной системы Fe-C с 4,3 % углерода, но и тем, что Gd обладает наивысшей способностью к захвату тепловых и быстрых нейтронов ( = 49000 барн), что важно при эксплуатации спецтехники на радиационно-зараженной местности. Для оценки эффективности влияния отдельных элементов при комплексном легировании был использован известный метод эквивалентных концентраций, когда введенное количество легирующего Me, эквивалентно в стали определенному количеству Mo и рассчитывается по энергии упругого искажения решетки твердого раствора Fe-Me с ростом разности между атомными радиусами, модулями упругости и валентностями легирующего элемента). Рисунок 1 – Микроструктура образца партии Е стали 110Г13НМЛ (увеличение 100) Оказалось, что 1 % Мо в стали 110Г13Л эквивалентен: 2,8 % Ni, 1,5 % V, 0,6 % Cr или 0,55 % Mn. Поэтому в 4-х опытных плавках нами были получены образцы высокомарганцовистой литой стали (В–E) с близкой структурой (рисунок 1) и фазовым составом, но содержащие различные количества выбранных легирующих элементов, эквивалентные 1 % Mo (см. таблицу 1). Для оценки эффективности легирования стали 110Г13Л нами были приняты эффективный коэффициент концентрации напряжений - К и показатель чувствительности материала к надрезам - q (таблица 2), рассчитываемые по формулам 1-2. Данные, приведенные в табл. 2, свидетельствуют о более высоком уровне конструкционной прочности и выносливости комплекснолегированной Ni и Mo стали 110Г13Л по сравнению с серийными образцами (A). (1, 2) где: -1 – предел выносливости гладкого образца, -1k – предел выносливости напряженного образца,  – теоретический коэффициент концентрации напряжений. Полученные результаты обусловлены характером формирующихся при литье образцов неметаллических включений (сульфидов, карбидов, оксисульфидов и пр.), их формой и расположением в материале (см. рисунок 1). Комплексное легирование стали 110Г13Л Mo и Ni снижает ее чувствительность к концентраторам напряжений, однако при испытании гладких образцов усталостная прочность обычной и модифицированной сталей оказалась практически одинаковой. Структура большинства образцов комплексно легированной Ni и Mo литой стали 110Г13Л после улучшения (закалка 860–880 °С, отпуск 590–610 °С) для всех вариантов опытных плавок оказалась идентичной, и была представлена структурой первичного и вторичного аустенита. Модифицирование стали 110Г13Л РЗМ также снижает ее чувствительность к концен­траторам напряжений и улучшает физико-механические свойства, влияющие на эксплуатационную долговечность и надежность деталей спецмашин. Таблица 2 – Прочностные характеристики образцов, полученных из опытных плавок стали 110Г13Л (n=3; P=0,95) Партия Параметр σ σ T δ ψ KCU20 σ К q A 6235 3862 17,20,3 38,4 5100,3 2636 0,740,02 2,30,2 B 8515 6843 17,50,3 38,7 8400.2 3505 0,690,01 1,00,1 C 8474 6803 18,40,4 40,6 10700,5 3455 0,750,02 1,10,1 D 7923 6393 17,60,5 39,2 7920,3 3225 0,720,03 1,20.1 E 6853 6452 17,20,2 38,5 7750,3 3354 0,750,02 1,30,2 Примечание: состав плавок – в табл. 1; σ- временное сопротивление разрыву, МПа; σT- предел текучести, МПа; δ – относительное сужение, %; ψ – относительное удлинение после разрыва, %; KCU20 – ударная вязкость, кДж/м2 (измерена при 20 оС); σ – модуль упругости (условный), МПа. Установлено, что введение феррогадолиния IG75 в жидкий металл в составе комплексного модификатора на основе ферроцерия ФЦ и силикокальция СК15 в 2–3 раза снижает содержание серы, фосфора и кислорода в стали. Модифицирование сталей 110Г13НМЛ, 110Г13Н3МЛ РЗМ позволили изменить форму неметаллических включений на глобулярную, перераспределить карбиды, фосфиды и другие неметаллические фазы, улучшить механические свойства и воспроизводимость параметров материала от плавки к плавке (таблица 3). Таблица 3 – Воспроизводимость усредненных свойств стали 110Г13НМЛА, модифицированной РЗМ в опытно-промышленных плавках партий R11, 13 (n=3; P=0,95) Номер плавки σ В, МПа σ Т, МПа δ, % ψ, % KCU20, кДж/м2 1 810/840 490/470 29,6/34,4 28,5/35,2 2060/1720 2 820/780 510/460 36,0/35,6 23,9/30,2 2110/2340 3 790/750 420/460 32,6/31,2 22,5/33,5 2360/2040 4 770/800 460/580 27,6/32,8 22,2/27,4 2780/2270 5 660/730 420/440 16,0/33,6 25,2/29,0 1920/- 6 700/720 450/460 22,4/25,6 31,9/23,7 2030/- 7 770/800 440/440 36,0/38,6 32,6/32,3 - 8 750/770 420/470 32,0/33,1 31,3/30,2 - 9 790 430 36,0 32,5 - 10 760 450 30,1 29,0 2210/2990 Примечание: числитель дроби – плавки партии R11, знаменатель дроби -–R13. Исследования, проведенные на комплексной пробе Нехендзи-Купцова, показали однонаправленность (симбатность) воздействия фосфора и кремния на физико-механические свойства стали 110Г13НМЛА, 100Г13Н3МЛА, что позволило оценить степень со­вместного влияния этих факторов регрессионным анализом. Приняв, что КСU = f(РЗМ, Р, в %), методами регрессионного анализа было получено следующее выражение: КСU20 = 5,1 - 22,9[Р] - 2,45[РЗМ] + 4,2[P]·[Si], (3) среднеквадратичное отклонение, для которого составило величину s = 0,638. Таким образом, было показано, что КСU20 сталей 110Г13НМЛА, 110Г13Н3МЛА тем выше, чем ниже содержание P и Si. Фрактография изломов образцов после испытаний на ударную вязкость показала (рисунок 2а), что при КСU20 = 2,0–2,5 МДж/м2 хрупкая и вязкая составляющие в из­ломе находятся в равном соотношении, что обеспечивает в отливках достаточный запас вязкости даже после их поверхностного упрочнения в процессе эксплуатации из-за образования мартенсита наклепа. а. б. в.

Похожие:

	Реферат на тему: «Технологичность деталей машин» Заготовки деталей машин из металла получают отливкой, ковкой, штамповкой, прессованием, сваркой и термической резкой		Учебно-методический комплекс по междисциплинарному курсу (далее мдк)... ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях
	Учебно-методический комплекс по междисциплинарному курсу (далее мдк)... ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях		Реферат по дисциплине управление технологическими системами Тема:... Приборостроение включает в себя создание любых деталей машин, инструмента, механизмов, силовых агрегатов. Это различные станки, машины...
	Рабочая программа по профессиональному модулю пм. 02 Сварка и резка... ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях		Программа профессионального модуля разработана на основе Федерального... ПМ. 03 Участие во внедрении технологических процессов изготовления деталей машин и осуществление технического контроля
	Программа дисциплины дпп. Ф. 02. 1 Детали машин Целью преподавания курса является получение студентами знаний по устройству деталей машин и сборочных единиц (узлов) машин и механизмов,...		«утверждаю» Первый проректор по учебной работе Цель и задачи дисциплины – снабдить специалиста современными знаниями по технологии восстановления конкретных деталей оборудования...
	Конспект учебного занятия 8 класс Тема: Изготовление деталей мебели с криволинейной кромкой Совершенствовать знания учащихся по технологии изготовления деталей мебели с криволинейной кромкой		Программа профессионального модуля ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях
	Правила оформления заказа для изготовления деталей методом лазерной... В бланке заказа должны быть указаны марка и толщина материала, количество деталей, указана информация о материале (покупной или давальческий),...		Режим газовой сварки ...
	Аннотация рабочей программы профессионального модуля Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях		Программа дисциплины дпп. Дс. 04 Технология обработки металлов томск... Целью преподавания дисциплины «Технология обработки металлов» является приобретение студентами системы знаний, необходимых для анализа...
	Рабочая учебная программа дисциплины технология конструкционных материалов... ...		Учебно-методический комплекс по мдк. 02. 01 Оборудование, техника... ПМ. 02 Сварка и резка деталей из различных сталей, цветных металлов и их сплавов, чугунов во всех пространственных положениях