LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення фізико-механічних властивостей графітизованих сталей

низьколегованими сталями, унаслідок чого мають переваги сталей (міцність, пластичність, в'язкість руйнування та ін.) і чавунів (підвищені ливарні і теплофізичні властивості, високі теплопровідність і здатність до демпфування, задовільна зносостійкість в умовах сухого тертя та ін.). У зв'язку з цим графітизовані сталі можуть бути перспективним матеріалом, який дозволяє замінювати чавун, вуглецеві та леговані сталі та який дає можливість підвищити ресурс роботи деталей, що працюють в умовах статичних, динамічних та циклічних навантажень. З урахуванням того, що графітизовані сталі мають низьку собівартість, високі технологічні властивості, а також здатність до широкої зміни властивостей унаслідок легування та термічного оброблення, ця заміна буде технічно й економічно виправданою.

Розглянуто методи підвищення конструктивної міцності графітизованих залізовуглецевих сплавів. Відзначається, що конструктивна міцність є характеристикою матеріалу, що інтегрує в собі критерії матеріалоємності (sв, s0,2), надійності (d, К1С, КС) і довговічності (витривалість при циклічних знакозмінних навантаженнях, зносостійкість, термостійкість і т.д.). Показано, що основними факторами, які впливають на конструктивну міцність графітизованих сплавів є кількість, розподіл і форма графітових включень, а також стан металевої матриці. Таким чином, найперспективнішими шляхами підвищення конструктивної міцності графітизованих сталей є зменшення розмірів і глобуляризація графітових включень, а також зміцнення металевої матриці шляхом легування та термічного оброблення.

В другому розділі обґрунтований вибір напрямку дослідження і викладені основні методи лабораторних і промислових випробувань.

Дослідні плавлення проводили у лабораторних умовах в індукційних печах ИСТ-60 та ИСТ-120 з основною футерівкою тигля. Як шихтові матеріали використовували чушкові ливарні чавуни (ГОСТ 4832-80), сталевий брухт (ГОСТ 2787-86), кремній КР-1 (ГОСТ 19658-81), алюміній АД1 (ГОСТ 4784-97), електротехнічну мідь, електролітичний нікель, молібден ММ-2 (ТУ 48-19-73-78), хром металевий Х97 (ГОСТ 5905-79), феромарганець ФМн75 (ГОСТ 4756-70). Застосування методу фракційного розливання дозволило виключити дію сторонніх факторів, пов'язаних зі зміною хімічного складу, температури розливання, умов кристалізації і т.п., та одержати достовірніші результати.

Контроль вмісту вуглецю здійснювався хімічним методом згідно з ГОСТ 2604.1-77 із застосуванням автоматичного аналізатора типу АН-7529. Контроль вмісту інших елементів виконувався на іскровому спектрометрі "SPECTROLAB" виробництва Німеччини, що дозволяв визначати хімічний склад сплаву по основних елементах з точністю 0,0001 мас. %.

Термічне оброблення зразків здійснювали в електричних печах опору з автоматичним регулюванням температури.

Металографічний аналіз робили на мікроскопах МИМ-7, МИМ-8 та EPYTІ 2 (Карл Цейс, Йена, ФРН) при збільшеннях 100...500. Форму і розміри включень графіту визначали на нетравлених шліфах. При цьому для характеристики форми включень графіту застосовували параметр форми lг, який визначали за результатами металографічних досліджень як середнє відношення максимальних розмірів включень графіту до мінімальних.

Розподіл надлишкової мідної фази в сталях, що містили мідь, досліджували на багатоцільовому растровому електронному мікроскопі дослідницького класу фірми JEOL (Японія) JSM-6360LA у режимі кольорового мапування при прискорювальному потенціалі 25 кВ.

Мікрорельєфи зламів зразків досліджувалися на растровому електронному мікроскопі "JSMT 300" фірми JEOL (Японія) при прискорювальному потенціалі 20...25 кВ і діаметрі електронного зонду 100 нм.

Механічні випробування проводили відповідно до ГОСТ 1497-84 на розривній машині УРМ-5 з максимальним зусиллям 50 кН на зразках з робочим діаметром 5 мм і довжиною 25 мм.

Вимірювання твердості проводили за методом Брінелля (ГОСТ 9012-59).

Критичні коефіцієнти інтенсивності напружень К1С визначали відповідно до ГОСТ 25.506-85 на плоских прямокутних зразках з крайовою тріщиною за схемою триточкового згину на машині для статичних випробувань РМТ-10 з максимальним зусиллям 100 кН при швидкості переміщення елемента, що навантажував (ножа), 810-5 м/с.

Визначення малоциклової втоми проводили відповідно до ГОСТ 2860-65 на установці ИП-2М конструкції ФМІ ім. Г.В. Карпенка НАН України повторно-змінним чистим згином плоских зразків товщиною 2 мм жорстким навантаженням з частотою 50 циклів/хв, по симетричному циклу.

Критерії циклічної тріщиностійкості визначали на дискових зразках з крайовою тріщиною (базовий розмір W = 64 мм, товщина t = 6...8 мм) при частоті циклічного навантаження 10...15 Гц і коефіцієнті асиметрії R = 0,05 у середовищі лабораторного повітря. Довжину втомної тріщини вимірювали катетометром КМ-6 з 25-кратним збільшенням.

Будували залежності швидкості росту втомної тріщини u= da/dN від розмаху коефіцієнта інтенсивності напружень DК. Характеристиками циклічної тріщиностійкості сплавів було обрано величини: у низько-, у високо- і у середньоамплітудній ділянках кінетичної діаграми втомного руйнування, а також величину n -показник у рівнянні Періса.

Теплопровідність експериментальних сплавів l вимірювали на приладі ИТЭМ-1М.

Експериментальні дані, отримані з використанням плану-матриці для повного факторного експерименту 23, оброблялися за допомогою методів регресійного аналізу. Результати оброблення представлялися у вигляді рівнянь регресій та графіків.

Третій розділ присвячений оптимізації складу графітизованої сталі. Згідно з літературними даними, основними елементами, що входять до складу графітизованих сталей, є вуглець (0,14...1,65%), кремній (0,75...2,50%), марганець (0,2...0,5%) і, в окремих випадках, мідь та титан. Згідно з літературним аналізом вплив легування на властивості графітизованих сталей вивчено недостатньо. У зв'язку з цим аналізували вплив кремнію, алюмінію і міді на структуру, механічні й службові властивості та теплопровідність графітизованих сталей складу: 1,55...1,65%С; 0,18...0,22%Mn; 0,03...0,07%Cr; 0,025...0,030%S та 0,032...0,04%P. З цією метою в роботі був реалізований повний факторний експеримент 23, що містив у собі вісім основних дослідів й дослід на нульовому рівні (табл.1).

Як незалежні змінні було обрано вміст кремнію, міді й алюмінію, при цьому локальна область визначення факторів була прийнята з апріорних розумінь на підставі проведеного літературного аналізу. Як залежні змінні були прийняті: параметр форми графіту lг; границя міцності sв; відносне видовження d; статична