LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

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

0,22...0,26%Al; 0,024...0,031%P; 0,022...0,027%S), в якій вміст міді змінювали від 0% до 3,75% з розрахунковим кроком 0,75%.

Після графітизуючого відпалювання включення графіту, в сталях з вмістом 0,05...2,27%Cu мали кулясту і вермікулярну форму й були рівномірно розподілені в металевій матриці. При підвищенні вмісту міді до 0,81% спостерігалося здрібнювання графіту з 10...35 мкм до 10...15 мкм. При подальшому підвищенні вмісту міді розміри графіту знову збільшувалися до 30...40 мкм. При вмісті міді 3,73% виділення графітної фази відбувався переважно по границях зерен.

З метою поліпшення показників міцності, пластичності та статичної в'язкості руйнування, одну партію експериментальних сталей піддавали нормалізуванню від 850С з наступним відпусканням (500С, 2 год), а іншу трисхідчастому сфероідизуючому відпалюванню по такому ж режиму, як і для комплексно легованих сталей.

Металева матриця усіх варіантів нормалізованих сталей була представлена переважно перлітною фазою. При цьому зі збільшенням вмісту міді відбувалося часткова глобулізація й укрупнення пластин перліту.

Аналіз результатів механічних випробувань показав, що підвищення границі міцності sв до 820МПа, границі плинності s0,2 до 600МПа та коефіцієнта інтенсивності напружень K1C до 37 зі збільшенням вмісту міді проходило через максимум у діапазоні 1,57...2,27%Cu, що, можливо, пояснюється твердорозчинним та дисперсійним зміцненням металевої основи.

Проведений фрактографічний аналіз зламів після визначення К1С показав, що у всьому досліджуваному діапазоні вмісту міді руйнування відбувалося переважно за механізмом транскристалітного відколу.

Застосування сфероідизуючого відпалювання, призвело до коагуляції цементитной складової перлітної фази і дозволило підвищити значення відносного видовження d яке зі збільшенням вмісту міді змінювалося від 3,7 до 7,4% і в'язкості руйнування К1С – з 31,0 до 50,6 , при чому максимальне значення К1С відповідало сталі з 0,81%Cu, при цьому значення границі міцності sв, границі плинності s0,2 і твердості були на 15...20% нижче значень аналогічних показників нормалізованих сталей.

У всьому діапазоні дослідження вмісту міді переважним механізмом руйнування при визначенні К1С був в'язкий транскристалітний злам, причому сталь з 0,81%Cu, характеризувалася зоною витягування, наявність якої свідчить про високу енергоємність руйнування.

Підвищення вмісту міді до 2,27...2,90% призвело до істотного збільшення DКfc, який досягав максимального значення – 55, що можна пояснити виділенням високодисперсної надлишкової мідистої фази, яка перешкоджала руху дислокацій і сповільнювала процес утворення мікротріщин.

На зламах сталей переважали області квазизкольного характеру. В області швидкостей росту втомної тріщини м/цикл, були виявлені ділянки з в'язким борознистим мікрорельєфом.

З метою визначення оптимального вмісту міді для деталей, що працюють при термоциклічних навантаженнях, вивчали вплив збільшуваного вмісту міді на теплопровідність та термостійкість (випробування за режимом 800"20С).

Було встановлено, що мідь підвищує теплопровідність у всьому досліджуваному інтервалі її вмісту, а залежність термостійкості від вмісту міді характеризувалася максимумом при 2,0...2,5%Cu (рис.5). Зниження термостійкості при вмісті міді понад 2,5% можна пояснити збільшенням параметра форми графіту.

Аналіз отриманих результатів показав доцільність застосування трьох марок сталей (табл. 2).

З метою промислового випробування сталі 150СД2Л, виплавляли сплав складу (мас. %): 1,58...1,63%C; 0,18...0,22%Mn; 0,9...1,1%Sі; 0,03...0,05%Cr; 2,2...2,3%Cu; 0,22...0,26%Al здійснювали у 4-х тонній індукційній печі з основною футерівкою.


Рис.5. Вплив вмісту міді на термостійкість та теплопровідність графітизованих сталей.

З отриманої дослідної сталі відливали виливниці для розливання алюмінієвих та мідних сплавів. Результати промислових випробувань показали, що виготовлені із графітизованої сталі виливниці завдяки вищим механічним властивостям та термостійкості, мали довговічність у 1,2 рази вище стійкості виливниць, виготовлених з нелегованого високоміцного чавуна. Очікуваний річний економічний ефект, за рахунок економії металу, склав 58110 грн.

Таблиця 2.

Запропоновані склади графітизованих сталей

Базовий склад: 1,35%...1,65%С; 0,2...0,3%Mn; 0,8...1,1%Si; 0,20...0,25%Al; до 0,03%S; до 0,03%P

Марки сталей

Термічне оброблення

Властивості

Призначення

150СДЛ

графітизуюче відпалювання

sВ500Мпа

s0,2400МПа К1С55

DКfc70 l31 Вт/мК

термостійкість

N40 циклів

деталі загального призначення: вкладиші, гайки, втулки, литі деталі кріплення, корпусні деталі і таке ін.

150СД2Л

графітизуюче відпалювання

термостійкість

N48 циклів

l37 Вт/мК

деталі, що працюють в умовах термоциклічних навантажень: кокілі, прес-форми машин лиття під тиском, виливниці, деталі пічної арматури й ін.

150ХСНЛ

графітизуюче відпалювання + сфероідизуюче відпалювання

sВ690МПа

s0,2340МПа К1С40

DКfc55

відповідальні деталі машинобудування, що працюють в умовах значних статичних та циклічних навантажень: колінчасті вали двигунів внутрішнього згоряння, деталі зубчастих передач, деталі підземно-транспортного устаткування, станини, корпуса редукторів та коробок передач і таке ін.


графітизуюче відпалювання + нормалізування + відпускання

sВ880МПа

s0,2600МПа К1С31



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ


1. Механічні та службові властивості графітизованих сталей, що становлять залізовуглецеві сплави з наявністю у структурі включень графіту, вивчені недостатньо, відсутні державні стандарти та технічні умови на їх виробництво, що обмежує застосування цього матеріалу в машинобудуванні.

2. Результати дослідження показали, що в залежності від вмісту кремнію кристалізація заевтектоїдних графітизованих сталей може відбуватися за метастабільною або стабільною схемами, що призводить до одержання компактного (після відпалювання) або пластинчастого графіту, а також його проміжних форм і відповідно до зміни показників міцності, відносного видовження, опору втомному руйнуванню, коефіцієнта інтенсивності