International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 1 issue 2 (48) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
271
ПОВЫШЕНИЕ КОНСТРУКЦИОННОЙ ПРОЧНОСТИ И НАДЕЖНОСТЬ
ДЕТАЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ И ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
МЕТОДОМ НЕТРАДИЦИОННЫХ ТЕРМИЧЕСКИХ ОБРАБОТОК
Зоиров М.А.
преподаватель Чирчикского высшего танкового
командного инженерного училище
Жунаев И. У.
преподаватель Чирчикского высшего танкового
командного инженерного училище
Абдукаххоров З.
Наманганский инженерно-технологический института, к.т.н. профессор
Мухаммадиев Э.Р
.
Начальник цикла Чирчикского высшего танкового командного
инженерного училище
Аннотация.
Исследованы особенности формирование структуры и
комплекса механических свойств конструкционных сталей с содержанием
углерода – 0,2 % при закалке из межкритического интервала температур.
Полученные новые доказательство возможности достижения хорошего
сочетание прочности, вязкости и пластичности таких сталей при обработке на
ферритно-мартенситную структуру. Определены рациональные режимы
нетрадиционных термических обработки.
Ключевые слова
: горячая деформация, структурные и фазовые
превращения,
рекристаллизация,
механизмы
дробления,
дефекты
кристаллической решетки, готовая изделия, перекристаллизация, прочность,
износостойкость.
Аннотация.
Таркибида 0,2% углерод бўлган конструкцион пўлатларнинг
комплекс хоссаларини ва структурасининг мухим тамонларини критик
хароратлар оралиғида шакилланиши текширилган. Бундай пўлатларни
феррито-мартенсит структурасига ишлов беришда яхши мустахкамлик,
қовушоқлик ва пластикликка комплекс эришиш имкониятининг янги
исботланиши олинган. Ноанъанавий термик ишлов беришнинг самаралили
режими аниқланган.
Таяч сўзлар:
иссиқ холда деформациялаш, структурали ва фазали
алмашиниш, рекристаллизация майдаланиш механизми, кристал панжара
нуқсони, тайёр махсулот, қайта кристалланиш, мустахкамлик, ейилишга
чидамлилик.
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 1 issue 2 (48) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
272
Abstract.
The Explored particularities shaping the structure and complex
mechanical characteristic construction steel with contents of carbon - 0,2% at chill
from inside critical of the interval of the temperature. Got new proof of the possibility
of the achievement good combination to toughness, viscosity and a flexible such steel
when processing on ferrite-martensit structure. The rational modes unusual thermal
processing are determined.
Keywords:
hot deformation, structured and phase conversions, re
crystallization, mechanisms of the crushing, deep extraction, preparing products, fart
crystallization, toughness, wear capability.
В настоящее время для деталей несущих конструкций в технологическом и
транспортном
машиностроении
используются
малоуглеродистые
и
низколегированные стали с более высоким содержанием углерода (0,1- 0,30 %).
Поскольку требования к конструкционной прочности таких сталей значительно
возросли, важно установить, можно ли повысить механических свойства за счет
обработки на двухфазную ферритно-мартенситную структуру методом
необычных термических обработкой.
Были рассмотрены закономерности формирования структуры и свойств
малоуглеродистой стали ВСт3сп и низколегированной стали 14Г2АФ с
карбонитридным упрочнением при закалке из межкритического интервала
температур (МКИ).
Нагрев под нетрадиционные термические обработки проводили в соляной
ванне. Испытания на растяжение осуществляли на универсальной
испытательной машине «Инстрон»-1185. Микроструктуру и количественные
соотношения объемных долей феррита и мартенсита в структуре исследовали
на микроскопе «Неофот» и линейном анализаторе «Эпиквант».
Зависимости механических свойств от температуры необычный
термической обработки стали Ст3сп представлены на рис.1, а стали 14Г2АФ-на
рис.2. Видно, что при увеличении температуры выдержки в межкритическом
интервале наблюдается непрерывное повышение показателей прочности и
ударной вязкости, а также снижение показателей пластичности. Значения
условного предела текучести возрастают в большой степени, чем значения
предела прочности. Например, при температуре выдержки в межкритическом
интервале 750ºС значения
σ
В
и
σ
0,2
стали ВСт3сп равны соответственно 830 и
450 МПа, а при температуре 1150ºС 1085 и 810 МПа. Если разница в значениях
σ
В
и
σ
0,2
стали ВСт3сп в горячекатаном состоянии равны 140 МПа, то после
закалки от температуры от 750 и 1150 ºС данная разница составляет
соответственно 380 и 275 МПа. Это объясняется тем, что при закалке из МКИ
происходит перераспределение углерода между ферритом и аустенитом, в
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 1 issue 2 (48) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
273
результате чего его концентрация в феррите уменьшается. Поэтому в феррите
после закалки появляется значительное количество подвижных дислокаций
[1,2,3].
Кроме того, согласно [4] низкие значения
σ
0,2
сталях с ферритно-
мартенситной структурой можно объяснит влиянием объемного эффекта при
мартенситном превращении аустенита. Этот эффект заключается в локальном
увеличении объема примерно на 3-4 % от объемной доли аустенита и не
зависит от концентрации углерода в аустените.
Рис.1.Влияние температуры закалки на механическую свойства стали ВСт3сп
Рис.2.Влияние температуры закалки на механическую свойства стали 14Г2АФ
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 1 issue 2 (48) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
274
Объемный эффект обуславливает образование в феррите большого
количества подвижных дислокаций, которые облегчают пластическую
деформацию при небольших напряжениях. Одновременно сопутствующий
объемному эффекту микронапряжения способствует проявлению эффекта
Баушингера. Это подтверждается тем, что практически во всех работах,
посвященных ДФМС отмечается; если в структуре стали содержится 10-20 %
мартенсита, то для нее значения
σ
0,2
даже ниже, чем для той же стали, но с
ферритно-перлитной структурой. Если объемная доля матренсита выше
20-25%, наблюдается возрастание значений
σ
0,2
.
Для исследования стали ВСт3сп с ферритно-мартенситной структурой
изменение
σ
0,2
носит такой же характер. Аналогичная закономерность
наблюдается и для стали 14Г2АФ, но разница в значениях
σ
В
и
σ
0,2
меньше, чем
для стали ВСт3с. Так, при температуре нагрева под закалку 750ºС для стали
14Г2АФ это разница составляет 330 МПа, а для стали ВСт3сп-380 МПа, при
1150 ºС - соответственно 240 и 275 МПа, что связано с наличием в составе
стали 14Г2АФ легирующих элементов, ограничивающих подвижность
дислокаций. Поэтому имеющиеся дислокационные источники могут быть
активированы только посредством повышенных напряжений.
Изучение микроструктуры исследованных сталей показало, что
образование аустенита при выдержке в МКИ происходит не только путем
растворения перлитных колоний, но и в результате образования и роста
зародышей аустенита по границам ферритных зерен. Увеличение температуры
закалки из МКИ приводит к возрастанию объемных долей мартенсита и
соответственно повышению прочности и снижению пластичности.
Установлено, что изменение механических свойств с стали 14Г2АФ при
повышении температуры закалки носит немонотонный характер. Это явление
объясняется уменьшением количества карбонитридов в структуре и снижением
прироста объемной доли мартенсита из-за растворения карбонитридной фазы,
увеличением содержания углерода в аустените и повышением стабильности
последнего. Даже отмечается уменьшение объемной доли мартенсита, и
стабильность значений механических характеристик при увеличении
температуры нагрева под закалку из-за наличия ниобия в составе
низколегированных стали [5]. Следовательно, стали с карбонитридным
упрочнением характеризуются некоторым постоянством механических свойств
в достаточно широком интервале температур, что повышает технологичность
термической обработки данных сталей на ферритно-мартенситную структуру и
позволяет рассматривать их как перспективный материал для несущих
конструкций изделий массового назначения.
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 1 issue 2 (48) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
275
Для более правильного прогнозирования работоспособности материала в
изделии необходимо изучить характеристики разрушения. Большой интерес
представляет возможность реализации преимуществ сталей с двухфазной
ферритно-мартенситной структурой для толстостенных изделий. В то же время
исследовались в основном, образцы толщиной 0,8-2,0 мм, поэтому изучение
характеристик, необходимых для оценки эксплуатационной надежности
массивных изделий, в первую очередь параметров разрушения, находится в
начальной стадии. В последние годы преимущественный интерес проявлялся к
тонкостенным штампуемым ДФМС. Имеющийся данные об ударной вязкости
ДФМС во многом противоречивы. В целом отмечается, что стали с ферритно-
мартенситной
структурой
по
сравнению
с
улучшенными
или
нормализованными должны имеет более высокие характеристики разращения
[1].
Из рис.1 и 2 видно, что увеличение температуры под закалку с 750 до
1150ºС вызывает возрастание ударной вязкости для стали ВСт3сп с 0,49
МДж/м
2
до 0,95 МДж/м
2
, а для стали 14Г2АФ соответственно с 0,49 МДж/м
2
до
0,91 МДж/м
2
. Причем, если при температуре нагрева под закалку 750 и 780ºС
для стали ВСт3сп и 4Г2АФ ниже, чем этих же сталей горячекатаном состоянии,
то после закалки от 1150ºС, когда количество мартенсита в структуре более
60%, она выше.
О способности той или иной стали сопротивляться разрушению можно
судить по виду излома. Изучение макростроения изломов образцов для
испытаний на ударный изгиб сталей ВСт3сп и 4Г2АФ после нетрадиционной
закалка показало, что во всех исследованных температурах нагрева под закалку
излом образцов характеризуется наличием боковых скосов и центральной
части, расположенной перпендикулярно оси образца. Скосы имеют
мелкозернистое строение, а центральная часть излома характеризуется
мелкокристаллическим строением и наличием расслоений (полостей).
Таким образом, подводя итог можно отметить, что нетрадиционная закалка
сталей ВСт3сп и 4Г2АФ влияет на структуру феррит + 60% мартенсита по
сравнению с горячекатаным состоянием и при этом достигается достаточный
запасе пластичности при более высокой вязкости и повышения почти
двукратной прочности. Применение данной прогрессивной обработки позволит
повысить конструкционную прочность и надежность изделий при снижении их
материалоемкости.
Литературы:
International scientific journal
“Interpretation and researches”
Volume 1 issue 2 (48) | ISSN: 2181-4163 | Impact Factor: 8.2
276
[1]. Голваненко С.А., Фонштейн О.М. Конструкционные двухфазные
стали. Итоги науки и техники. Металловедение и термическая обработка. –
1983- Т. 17. С. 64-121.
[2]. Чаплыгин А.А., Минаев В.Н., Васильева А.Г. и др Применение новых
тонколистовых сталей повышенной прочности в тракторостроении. Экспресс
информации ЦНИИТЭИ. – М. 2016.- ВЫП. 8 – С. 1 – 3.
[3]. Лобань В.А., Васильева А.Г., Гнучев В.С. Повышение прочности и
надежности изделий из малоуглеродистых, низколегированных сталей
обработкой на ферритно-мартенситную структуру. Повышение качества
надежности и долговечности изделий из конструкционных жаропрочных,
порошковых и инструментальных сталей и сплавов. Методические материалы
краткосрочного семинара. 2017. С. 16 – 17.
[4].
Рахимов Я., Тошпулатов К., Абдуқаххоров З. Влияние
карбидообразующих
элементов
на
структуру
и
свойства
стали.
“Инновационные подходы в отраслях и сферах” г.Москва № 2 2019. стр.117
[5]. Исаханов Х., Рахимов Я., Абдукаххоров З. Влияние температуры
предварительной нормализации на прочность и абразивную износостойкость
стали. Журнал «Проблемы механики». № 2, 2016. С. 71 – 77.
