Содержание к диссертации
Введение
РАЗДЕЛ 1 Состояние вопроса по термообработке низколегированных сталей с нагревом в межкритический интервал температур (МКИТ) 11
1.1 Превращения, происходящие при нагреве в МКИТ и последующем охлаждении в различных средах 11
1.2 Двухфазные стали с ферритно-мартенситной структурой для глубокой вытяжки 21
1.3 Упрочнение низколегированных сталей нормализацией с нагревом в МКИТ 23
1.4 Структура и свойства среднеуглеродистых низколегированных сталей, закаливаемых с нагревом в МКИТ 26
1.5 Изотермическая закалка низколегированных сталей с нагревом в МКИТ 28
1.6 Низкоуглеродистые низколегированные ПНП-стали 29
Выводы к разделу 1 31
РАЗДЕЛ 2 Материал и методика исследования
2.1 Материал исследования 34
2.2 Методика исследования 36
Выводы к разделу 2 42
РАЗДЕЛ 3. Влияние температуры нагрева на структуру, фазовый состав и свойства малоуглеродистых сталей 43
3.1 Нормализация сталей 09Г2С и ЕН36 из МКИТ и аустенитной областей
3.2 Закалка сталей 09Г2С, 10Г2ФБ и ЕН36 из МКИТ и аустенитной области 48
3.3 Термообработка с нагревом в МКИТ сталей бейнитного класса 25Х1М1Ф и 25ХГ2СФР 63
3.4 Термообработки с нагревом в МКИТ малоуглеродистых низколегированных сталей перлитного класса 78
Выводы к разделу 3 93
Раздел 4. Влияние термообработки с нагревом в мкит на структуру, фазовый состав и свойства среднеуглеродистых улучшаемых саталей
4.1 Термообработка стали 30ХГСА с нагревом в аустенитную область и в МКИТ 95
4.2 Влияние термообработки, включающей закалку с нагревом в аустенитную область и МКИТ, на структуру, механические свойства и абразивную износостойкость сталей 40ХН, 40ХН2МА, 38ХС и 45 119
Выводы к разделу 4... 129
РАЗДЕЛ 5. Влияние термообработки с нагревом в мкит на структуру, фазовый состав и свойства низколегированных конструкционных сталей с повышенным содержанием углерода 131
5.1 Термообработка сталей 60с2а и 60с2хфа с нагревом в МКИТ 131
5.2 Влияние термообработки с нагревом в МКИТ на структуру, фазовый состав и свойства стали 65Г 147
Выводы к разделу 5 155
Выводы 157
Список использованных источников
- Структура и свойства среднеуглеродистых низколегированных сталей, закаливаемых с нагревом в МКИТ
- Методика исследования
- Закалка сталей 09Г2С, 10Г2ФБ и ЕН36 из МКИТ и аустенитной области
- Влияние термообработки, включающей закалку с нагревом в аустенитную область и МКИТ, на структуру, механические свойства и абразивную износостойкость сталей 40ХН, 40ХН2МА, 38ХС и 45
Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время происходит изменение значимости для человека и общества таких понятий, как труд и отдых, причем последний объективно становится важнейшим условием в жизнедеятельности человека.
Возрастание требований к многообразию и качеству отдыха повлекло за собой и усложнение форм рекреационных территориальных образований от рекреационных комплексов до туристско-рекреационных кластеров по мере усиления действия антропогенных факторов, а также методов управления ими. Наиболее эффективным методом управления сферой отдыха в регионах признан кластерный подход, реализуемый на основе принципов государственно-частного партнерства.
Однако формирование и развитие системы отдыха, основанной преимущественно на потребительских моделях прошлого, а потому не учитывающих в полной мере поведенческие, организационно-экономические, управленческие процессы, протекающие на выделяемых в регионах туристско-рекреационных зонах (кластерах), породили проблемы, которые не решаются и актуализируются. Поэтому возникает необходимость в разработке новых принципов и методов управления рекреационными территориями, проявляющими сегодня свойства не просто больших сложных систем, но и сетевых структур. В этом и заключается актуальность диссертационного исследования.
Степень разработанности научной проблемы. За последние годы появилось много серьезных и разносторонних исследований, посвященных проблемам управления сферой отдыха. Так, различные модели поведения потребителей рассмотрены в трудах Р.Д. Блэкуэлла, Н.А. Гончаровой, И.А. Дубровина, М.А. Жуковой, Д.Ф. Энджела, К. Юнга и других. Однако они не в полной мере учитывают происходящие в обществе изменения предпочтений и ценностей.
Существенный вклад в разработку проблем формирования, развития и управления рекреационными территориями внесли А.Ю. Александрова, B.C. Бовтун, С.А. Боголюбова, Ю.А. Веденин, A.M. Ветитнев, И.Н. Гаврильчак, М.Б. Горенбургов, В.И. Зорин, Н.И.Евменова, А.С. Кусков, А.А. Минц, Н.С. Мироненко, О.А. Никитина, B.C. Преображенский, Ф. Флетчер и другие.
Изучение влияния развития кластеров на экономику региона, формирование кластерной политики нашло отражение в работах А.А. Быковой, С.Д. Валентея, А.С. Дворкина, М. Портера, С. Розенфельда, А.И. Татаркина, и других. Применительно к сфере отдыха кластерные модели развития территорий были рассмотрены в трудах К. Бени, B.C. Боголюбова, Ф. Капоне, Г.А. Карповой, Ю.В. Кузнецова, Дж. Кроуча, А.С. Нордина, Ю.С. Путрика, Ю.М. Реутовой, М.В. Сиговой, Д.В. Шопенко и других.
Вопросам использования туристско-рекреационного потенциала, развития различных видов туризма и их роли в социально-экономическом развитии республики Карелия посвящены научные работы Г.В.Алиевой, В.В.
Громова, П.В. Дружинина, О.В.Заборовской, В.В.Козырева, Е.В. Жирнель, Е.Е. Коткина, О.В.Толстогузова, И.В. Хохловой, А.И. Шишкина и др. Однако вопросы эффективного управления сферой отдыха с учетом изменяющейся внешней среды и потребительских предпочтений в них освещаются не достаточно полно.
Теоретико-методологические аспекты развития сетей и сетевых структур сформированы рядом российских и зарубежных исследователей: Г. Анилионисом, О.Генисаретским, А.Крайновой, Е.Р.Метелевой, Д.Фельзенштейном, А.Фененко, Е.Шампом, А.Шакараи и других.
Однако, с нашей точки зрения, в научных трудах исследователей не нашли должного отражения проблемы не только комплексного, но и более высокого обобщающего - сетевого представления развития территорий для организации отдыха, имеющих значительный туристско -рекреационный потенциал с учетом их аттрактивности и тенденций развития потребностей современного человека. Это и определило выбор темы и задач диссертационного исследования.
Цель диссертационного исследования заключается в разработке организационно-экономических основ управления сетевыми формами организации отдыха в регионе на рекреационных территориях (на примере Республики Карелия).
Реализация поставленной цели предполагает решение следующих основных задач:
выявить генезис источников здоровья в современном понятии;
выявить и структурировать факторы формирования аттрактивности рекреационных территорий;
предложить принципы и методы управления аттрактивностью рекреационных территорий;
сделать анализ социально-экономического развития республики Карелия и сформированных на ее территории туристско-рекреационных зон;
исследовать возможность использования сетевого подхода для управления туристско-рекреационными зонами в республике Карелия и разработать организационно-экономический механизм;
предложить методологический подход к оценке эффективности управления развитием рекреационных территорий как сетевой структуры.
Объектом исследования является совокупность рекреационных территорий как сетевая структура.
Предметом исследования выступает организационно-экономический механизм управления рекреационными территориями.
Теоретической и методологической основой диссертационного исследования являются общенаучные методы познания: диалектический метод, методы предметно-логистического и структурно-функционального анализа, системного анализа, классификации, кластерного анализа, метод экспертных оценок, программно-целевой подход и статистическая обработка данных, современные социальные и экономические теории и труды
отечественных и зарубежных ученых по актуальным проблемам экономики и управления рекреационными территориями.
Информационной базой исследования явились федеральные и региональные нормативно-правовые документы в сфере рекреации и туризма, данные Федеральной службы государственной статистики, региональных органов управления, интернет-ресурсы, материалы периодической печати, а также исследования автора.
Обоснованность и достоверность результатов исследования обеспечивается использованием в качестве теоретико-методологической базы фундаментальных и прикладных исследований отечественных и зарубежных ученых по проблеме управления рекреационными территориями; применением современных методов научного исследования; обсуждением результатов исследований на международных и региональных конференциях, научных семинарах и их одобрением экспертным сообществом.
Соответствие темы диссертации требованиям паспорта специальности ВАК. Диссертационное исследование выполнено в соответствии с пунктами Паспорта номенклатуры специальностей научных работников ВАК РФ по специальности: 08.00.05 - Экономика и управление народным хозяйством: региональная экономика: п. 3.17. Управление экономикой регионов. Формы и механизмы взаимодействия федеральной, региональной, муниципальной власти, бизнес - структур и структур гражданского общества. Функции и механизмы управления. Методическое обоснование и разработка организационных схем и механизмов управления экономикой регионов; оценка их эффективности; рекреация и туризм: 15.1. Развитие теоретических и методологических основ рекреалогии и туристской науки в экономико-управленческом аспекте.
Научная новизна результатов исследования заключается в развитии научно-методологических основ, связанных с совершенствованием организационно-экономического механизма управления рекреационными территориями в регионе как сетевыми структурами.
Наиболее существенные результаты исследования, обладающие научной новизной и полученные лично автором:
По специальности 08.00.05 - экономика и управление народным хозяйством: региональная экономика
1. На основе предметного уточнения элементов теории мотивации потребителей разработан механизм управления аттрактивностью рекреационными территориями, в основу которого положены ключевые принципы (открытость и адаптивность к окружающей среде, системность, территориальная дифференциация и полифункциональность, соответствие требованиям отдыхающих, диверсификации аттракторов) и методы (кластерный, государственно-частное партнерство, математические методы моделирования аттрактивных центров отдыха), способствующий
рациональной организации региональной системы управления рекреационными территориями в целом.
2. Установлено, что используемый в республике Карелия методологический подход к планированию и управлению системой отдыха на основе структурно-функционального, проектно-ориентированного, кластерного методов целесообразно дополнить сетевым с учетом выделенных и систематизированных автором факторов, воздействующих на формирование и развитие туристско-рекреационных зон. Это позволит обеспечить планомерное и пропорциональное развитие экономики республики, правильно расставить акценты, увеличить фонды общественного пользования, рационально расходовать управленческие ресурсы, повысить темпы роста деловой активности, диверсифицировать развитие элементов сети.
-
Разработана организационная модель управления туристско-рекреационными зонами на примере республики Карелия, отличительной особенностью которой является переход от сложившейся структурно-функциональной к сетевой организации, повышающей степень организованности и связности в условиях больших степеней свободы каждого субъекта и объекта управления друг с другом и сетью в целом, что объективно расширяет сферу управления, повышая адаптивность к изменяющимся факторам внешней и внутренней природы.
-
Предложен новый метод оценки сетевой эффективности рекреационных территорий различного функционального назначения, учитывающий интересы субъектов хозяйствования, отдыхающих и власти, который базируется на комплексном воздействии факторов различной природы с учетом ценности существующих в сети связей, таких как: стратегической, экономической, социальной, экологической, рекреационной. Этот метод позволяет повысить эффективность и рациональность использования региональных ресурсов для развития системы отдыха.
По специальности 08.00.05 - экономика и управление народным хозяйством: рекреация и туризм
-
Уточнен и дополнен понятий аппарат (антропогенные аттракторы, рекреационная аттрактивность территории, рекреационный кластер) в сфере управления рекреационными территориями, учитывающий приоритет полноценного и качественного отдыха в жизнедеятельности современного общества.
-
Проведена структуризация факторов формирования и использования рекреационно-аттрактивных свойств территорий в зависимости от природы возникновения, времени (длительности) пользования, способа развития, отношения к среде функционирования, свидетельствующая о многоуровневой природе их воздействия и позволяющая повысить управляемость и эффективность использования аттракторов рекреационной территории.
Теоретическая и практическая значимость. Выводы и
рекомендации, полученные в результате исследования позволит
усовершенствовать организационно-экономический механизм управления рекреационными территориями в республике Карелия, может быть использован при разработке стратегических документов развития рекреации и туризма, как на региональном, так и федеральном уровне.
Основные положения и выводы диссертационного исследования реализованы в образовательном процессе Санкт-Петербургского государственного экономического университета при формировании учебно-методических комплексов дисциплин «Эколого-экономическая оценка рекреационных ресурсов», «Курортно-рекреационные ресурсы», «Региональное планирование развитие туризма, гостиничного хозяйства».
диссертации в изданиях,
Апробация результатов. Основные положения и результаты диссертационного исследования были доложены на международных научно-практических конференциях: «Медико-экологические проблемы здоровья работающих Северо-Западного региона и пути их решения», Санкт-Петербург 4-5 декабря 2014 г.; «Теоретическая и прикладная наука (Theoretical and Applied science), Неопланта, Сербия, 30 декабря 2013г.; «Современные концепции экономической теории и практики: новые пути исследований и развития», г. Санкт-Петербург, СПбГЭУ, 16 ноября 2013 г.; «Модернизация экономики и управления», Санкт-Петербург, 27-28 марта 2013 г.; «Пути улучшения качества подготовки кадров сферы гостиничного и туристского бизнеса», Санкт-Петербург, СПбГЭУ, 28 февраля 2013 г.; «Инновационная культурология», г. Пермь, ГБОУ ВПО «Пермская государственная медицинская академия», 2013 г.; «Актуальные проблемы молодой науки и практики», г. Волгоград, Региональный центр социально-экономических и политических исследований «Общественное содействие», 2013 г.; всероссийской заочной научно-практической конференции «Устойчивое развитие: вопросы экономики, права, экологии, социологии, образования, управления проектами», 24-25 января 2013 г.
Публикации по теме диссертации. По теме опубликовано 13 научных работ, в том числе 3 статьи рекомендованных ВАК РФ. Общий объемом опубликованных работ 3,7 п.л. (лично автора - 3,2 п.л.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, библиографического списка и 6 приложений. Содержание работы изложено на 213 страницах, включает 48 рисунков, 20 таблиц и 6 приложений. Библиографический список диссертации состоит из 200 источников. II. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ,
Структура и свойства среднеуглеродистых низколегированных сталей, закаливаемых с нагревом в МКИТ
Ресурсосбережение в настоящее время является важнейшей государственной задачей. Одним из эффективных направлений в ее решении является разработка и внедрение в производство упрочняющих технологий, снижающих энергозатраты и обеспечивающих получение в сталях требуемого или повышенного уровня механических свойств, сочетающихся с необходимой совокупностью технологических свойств при изготовлении изделий. Это позволяет экономить энергоносители, а при достижении более высоких прочностных свойств еще и снизить материалоемкость деталей, повысить их долговечность и надежность.
Следует особо подчеркнуть, что широко применяемые в настоящее время технологии нормализации и закалки большинства доэвтектоидных сталей предусматривают нагрев до температур, превышающих Ас3 минимум на 30-50 оС, что отражено в справочной и учебной литературе [1-4] и технологиях термообработки многих конструкционных сталей, применяемых на производстве. Это требует повышенных энергозатрат. Следует отметить, что возможности энергосбережения и получения при этом хорошего сочетания эксплуатационных характеристик сталей и технологичности применением традиционных видов термообработки близки к исчерпанию. Работами последних десятилетий показано, что перспективным направлением в ресурсосбережении является создание экономнолегированных сплавов различного назначения и упрочняющих технологий, обеспечивающих повышение конструкционной прочности и улучшение технологичности изготовления изделий за счет получения многофазной структуры, сочетающей различные по свойствам составляющие (мартенсит, бейнит, феррит, аустенит, карбиды, карбонитриды, интерметаллиды) [5, 6]. Не во всех случаях должны быть в структуре все перечисленные составляющие, но желательно присутствие метастабильного аустенита, претерпевающего динамическое деформационное мартенситное превращение, являющееся не только механизмом упрочнения, но и релаксации микронапряжений. Для получения наиболее высокого уровня свойств необходимо обеспечить формирование многофазной структуры с оптимальной морфологией и соотношением ее компонентов, а также реализацией при нагружении не только мартенситных (прямых и обратных) превращений, но и таких структурных и фазовых трансформаций как сильное диспергирование составляющих (вплоть до наноразмерного уровня), изменение плотности дислокаций, в ряде случаев двойникование, динамическое старение и другие [5, 6]. Этими превращениями и изменениями необходимо управлять, оптимизируя их применительно к конкретным условиям нагружения при испытании свойств или эксплуатации. Одним из примеров таких эффективных технологий является термообработка доэвтектоидных сталей, включающая нагрев в межкритический интервал температур (МКИТ). Он проводится при температурах между Ас1 и Ас3. Исключение составляет закалка из МКИТ низкоуглеродистых низколегированных сталей, предназначенных для изготовления деталей глубокой вытяжкой, после которой они приобретают повышенную прочность [7] и сталей для криогенной техники [8]. Большой вклад в изучение структурных, фазовых превращений и получаемых механических свойств при термообработке с нагревом в МКИТ сталей, внесли работы В.Д. Садовского, Б.Г. Сазонова, С.С Дьяченко, Я.Е. Гольдштейна, Г.А. Чарушниковой, И.Н. Богачева, С.А., Голованенко, Н.М. Фонштейн, М.И. Гольдштейна, Л.И. Коган, Р.И. Энтина, Л.М. Клейнера, Б.М. Бронфина, В.М Фарбера, М.Л. Бернштейна, Л.С. Малинова, А.П. Чейляха, Ф.К. и И.Ф. Ткаченко, В.А. Гавриловой, М..А. Штремеля, С.В. Егоровой, А.В. Юрчишина, А.А. Петруненкова, И.Ю. Пышминцева, В.П. Швейкина, В.А. Хотинова, С.В. Беликова и других. В последнее десятилетие появилось большое количество зарубежных публикаций, посвященных разработке низкоуглеродистых низколегированных сталей с многофазной структурой, включающей наряду с другими составляющими метастабильный аустенит. Их обработки предусматривают нагрев и выдержку в МКИТ (зачастую деформацию в нем), а также определенный режим изотермической выдержки в бейнитном интервале температур. Эти стали получили название низколегированных сталей ПНП (пластичность, наведенная превращением) [9-27]. Обычно сталями ПНП называют разработанные В.Ф. Закеем и Е.Р. Паркером высоколегированные стали аустенитного класса, которые после упрочняющей обработки обладают уникальным сочетанием прочностных и пластических свойств благодаря протеканию при нагружении в процессе испытаний механических свойств или эксплуатации динамического деформационного мартенситного превращения (ДДМП) [28]. В отличии от них низколегированные стали ПНП имеют небольшое количество ( 15 %) аустенита, присутствующего в структуре наряду с другими составляющими. В этих сталях так же, как и высоколегированных сталях ПНП, повышенный уровень механических свойств обусловлен мартенситным превращением, реализующимся при нагружении. Впервые идея использования мартенситных превращений, протекающих в процессе нагружения при испытаниях свойств или эксплуатации предложена и успешно реализована И.Н. Богачевым и Р.И. Минцем еще в середине прошлого века [29-30]. Позднее, спустя 10 лет, она была реализована в ПНП сталях.
Исходя из вышесказанного, большой научный и практический интерес представляет дальнейшее изучение закономерностей структурных и фазовых превращений, обусловленных нагревом и выдержкой в МКИТ доэвтектоидных сталей различного химического состава и назначения, широко применяемых в промышленности, с целью получения в них многофазной микронеоднородной структуры, включающей, в том числе, метастабильный аустенит, претерпевающий ДДМП. На основе этого должны быть разработаны энергосберегающие технологии термообработки, позволяющие получить в широко применяемых в промышленности сталях хорошее сочетание механических свойств. В фундаментальной работе С.С. Дьяченко [31] рассмотрено образование метастабильного аустенита при нагреве в МКИТ. При нагреве выше Ас1 в начале возникает малоуглеродистый метастабильный аустенит. Его количество существенно выше, чем по условиям равновесия. В процессе выдержки участок аустенита насыщается углеродом вследствие растворения карбидов и диффузии углерода к возникшему участку -фазы через ферритную матрицу. Это приводит к образованию высокоуглеродистой каймы по границам - фазы при сохранении малоуглеродистой сердцевины. В доэвтектоидных сталях после а—» превращения еще сохраняется большое количество карбидов, что приводит к значительным различиям в концентрации углерода в аустените. Для достижения равновесного количества аустенита стали 20 при 750С требуется не менее 3 ч. (рис.1.1).
Медленный нагрев (со скоростью 1С/мин), естественно, приводит к снятию искажений решетки в процессе нагрева, в результате чего при выбранной температуре изотермы в образцах с различным исходным состоянием образуется примерно одинаковое количество аустенита. Это количество близко к определяемому из диаграммы состояния. Однако различия в кинетике а --превращения и в этом случае сохраняются: раньше всего начинается этот процесс в предварительно деформированных образцах и наименее интенсивно он развивается в отожженных сталях [31].
Методика исследования
Преимущества закалки из МКИТ по сравнению с такой же обработкой после высокотемпературной аустенитизации, предложенной в работах [77, 79] с точки зрения энергосбережения не вызывают сомнений. Варьируя температурно-временной режим нагрева в МКИТ, можно управлять количественным соотношением структурных составляющих мартенсита и феррита, их химическим составом, характером распределения в структуре. Это позволяет в зависимости от требований в нужном направлении изменять механические свойства низкоуглеродистых низколегированных сталей. Закалка исследованных сталей из МКИТ в воде по сравнению с улучшением является энерго- и ресурсосберегающей обработкой, т.к. снижаются не только энергозатраты на нагрев, но и исключается применение в качестве охлаждающей жидкости неэкологичного и дорогостоящего масла, используемого во многих случаях термообработки улучшаемых сталей. Была изучена возможность повышения уровня прочностных свойств при сохранении достаточной пластичности и ударной вязкости у сталей 09Г2С и ЕН36 за счет сочетания при закалке нагрева в МКИТ 780 оС 60 мин и кратковременной аустенитизации (920 оС, 3 мин), а также двойной закалки с 920 оС 10 мин и последующей с 780 оС 60 мин (3). Полученные данные приведены в табл. 3.7.
Полученные данные позволяют заключить, что после закалки с предварительным нагревом и выдержкой в МКИТ (780 С 60 мин) и последующей кратковременной аустенитизации при 920 С, 3 мин (вариант 2, табл. 3.7) достигается более высокий уровень прочностных свойств при повышенной пластичности и ударной вязкости по сравнению с закалкой из МКИТ по варианту 1. Данный результат обусловлен устранением феррита из структуры, дополнительным измельчением зерна при сохранении микронеоднородности в распределении углерода и других элементов, полученной при закалке из МКИТ. Проведение предварительной закалки из аустенитной области (920 С, 20 мин.) позволяет повысить уровень прочностных свойств после повторной закалки из МКИТ (780 С, 60 мин.) (режим 3, табл.3.7).
Это можно объяснить ускорением перераспределения углерода и легирующих элементов между - и -фазами, дополнительным измельчением зерна и образованием субструктуры. Последнее обнаружено в работе [35]. Рассмотренные комбинированные обработки позволяют повысить не только прочностные свойства, но и пластичность и ударную вязкость [81-84, 89].
Обычно изотермическая закалка проводится для получения структуры нижнего бейнита, обеспечивающего в конструкционных среднеуглеродистых, инструментальных сталях с повышенным содержанием углерода и в высокопрочных чугунах хорошее сочетание повышенного уровня прочностных свойств, пластичности и ударной вязкости. Разработаны стали бейнитного класса, в которых нижний бейнит получают при охлаждении из аустенитного состояния на воздухе.
В работах [77, 79] построена диаграмма изотермического распада переохлажденного аустенита у стали 10Г2ФБ, установлен интервал бейнитного превращения (450-600 оС), приведены результаты исследований влияния изотермической закалки из аустенитной области на структуру и механические свойства этой стали. Показана возможность получения у нее механических свойств, превышающих класс прочности Х70 (0,2 = 500-600 МПа, в = 600-700 МПа, 20 %, у = 60-70 %). Такие механические свойства достигаются после переохлаждения образцов исследуемой стали из аустенитной области (1000 оС) до 500 оС и выдержки при этой температуре 20-60 мин (0,2 =650-670 МПа, в =708-713 МПа, = 19-21 %, у = 65-70 %).
Данные по влиянию изотермической закалки из МКИТ по схеме «вода-печь» на механические свойства сталей 09Г2С, ЕН36 и 10Г2ФБ в литературе отсутствуют. При проведении изотермической закалки ставилась задача, выяснить возможность получения механических свойств, соответствующих уровню Х70, но при меньших энергозатратах на нагрев. Кроме того, предполагалось изотермической закалкой из МКИТ получить механические свойства, равные или превышающие уровень, получаемый у изучаемых сталей закалкой из аустенитной области и последующим высоким отпуском при 600 оС, что позволило бы исключить необходимость проведения такого отпуска и снизить энергозатраты на термообработку.
Рассмотрим влияние изотермической закалки из МКИТ по схеме «вода-печь» с изотермической выдержкой в интервале 450-550 оС на механические свойства стали 10Г2ФБ. Соответствующие данные приведены в табл. 3.8.
Из приведенных данных следует, что чем выше температура нагрева в МКИТ в выбранном интервале, тем выше прочностные свойства, ниже пластичность и ударная вязкость. Это обусловлено увеличением количества аустенита при нагреве и, соответственно, бейнита при охлаждении. При одном и том же режиме нагрева в МКИТ снижение температуры изотермической выдержки повышает прочностные и снижает пластические свойства и ударную вязкость, что объясняется увеличением плотности дислокаций в бейните. Рациональный режим изотермической закалки (с нагревом на 760 оС и выдержкой при 450 оС и на 780 оС и выдержкой при 550 оС) позволяет достичь в стали 10Г2ФБ уровня механических свойств, соответствующего Х70 (0 2 500 МПа, в 600 МПа, 20%, 70%). При этом нет необходимости в нагреве в аустенитную область до температур 960, 1100 оС и, соответственно, в значительно больших энергозатратах на нагрев. Прочностные свойства, соответствующие уровню Х70 при близких значениях относительного удлинения (19 %) к требуемому уровню (20 %) достигаются изотермической закалкой с 780 оС и выдержке при 500 оС. Изучение влияния времени выдержки при 500 С в случае изотермической закалки из МКИТ (800 С, 10 мин) показало, что увеличение продолжительности выдержки при этой температуре приводит к неоднозначному изменению механических свойств (рис. 3.7 и табл. 3.9).
Закалка сталей 09Г2С, 10Г2ФБ и ЕН36 из МКИТ и аустенитной области
Изучалось также влияние на механические свойства улучшения с нагревом под закалку в МКИТ, и аустенитную область, поскольку аналогичная термообработка с аустенитизацией при температурах Ас3 + (30-50 оС) широко применяется для исследованных сталей. Приведенные данные показывают, что закалка из МКИТ и высокий отпуск позволяют получить повышенный уровень механических свойств, по сравнению с таковым после улучшения по типовому режиму (табл. 3.17).
Разработанный способ термообработки, включающий предварительный нагрев в аустенитную область, последующее охлаждение в МКИТ, выдержку в нем перед закалкой [96], повышает прочностные свойства после высокого отпуска, сохраняет достаточную пластичность и ударную вязкость. Это показано на стали 20ГФЛ (табл. 3.17). Таблица 3.17
Обычно закалка из аустенитной области, тем более из МКИТ, и низкий отпуск применяется только к стали 14Г2 и не используется при термообработке других сталей. Полученные данные показывают, что в низкоотпущенном состоянии после закалки из МКИТ эти стали имеют значительно более высокие прочностные свойства, чем после нормализации и улучшения с нагревом на ту же температуру в стали 14Г2 она ниже на 50 оС. При этом на достаточном уровне сохраняется пластичность и ударная вязкость (табл. 3.17).
Режимами нагрева в МКИТ и отпуска механические свойства можно корректировать в нужном направлении. При объяснении влияния микронеоднородной структуры, полученной после закалки из МКИТ и низкого отпуска, на механические свойства исследованных сталей следует учитывать важную роль малоуглеродистого реечного мартенсита, имеющего умеренную прочность, но повышенную пластичность по сравнению со средне- и высокоуглеродистым мартенситом. Однако наряду с низкоуглеродистым мартенситом в структуре закаленных из МКИТ и низкоотпущенных сталей присутствует мартенсит с повышенным содержанием углерода. По данным работы [77] оно может составлять 0,5 % углерода. Такой мартенсит отпуска должен повышать прочностные свойства. Заметное влияние на механические свойства оказывает метастабильный остаточный аустенит, несмотря на то, что его количество в исследованных сталях, согласно данным рентгеновского анализа, находится в пределах 5-10 %. Его наибольшее количество (10 %) получено в стали 14Г2 после закалки из МКИТ (760 оС, 60 мин) и отпуска 250 оС, 60 мин. Остаточный аустенит метастабилен и превращается в мартенсит деформации при нагружении в процессе испытаний механических свойств на растяжение. Вблизи головки (недеформированная часть) образца остаточный аустенит присутствует, а вблизи зоны разрушения его нет, так как он превратился в мартенсит. В работах [6, 9-12] отмечается что сравнительно небольшое количество аустенита, претерпевающего ДДМП, позволяет реализовать ПНП-эффект и значительно повысить сопротивление разрушению. Полученные данные это подтверждают. Определенную роль в повышении пластичности играет феррит, сохранившийся в структуре. Особенно следует отметить, что закалка из МКИТ и низкий отпуск исследованных малоуглеродистых сталей дают возможность получить у них такой же (в ряде случаев более высокий) уровень механических свойств, что и в среднеуглеродистых сталях после закалки из аустенитной области и высокого отпуска, но требуют меньших энергозатрат.
В работе показана также возможность обеспечения хорошего сочетания механических свойств в исследованных сталях изотермической закалкой с нагревом в МКИТ (табл.3.18). В стали 14Г2, в которой после изотермической закалки из МКИТ получена наиболее высокая пластичность, структура представляла собой 20 % феррита, 15 % остаточного аустенита, остальное - нижний бейнит. Согласно данным рентгеновского анализа, при испытаниях механических свойств стали 14Г2 остаточный аустенит превращается в мартенсит деформации. В зоне равномерного удлинения образцов при растяжении количество остаточного аустенита уменьшается от 15 % до 7 %, а в зоне разрушения он не обнаружен из-за превращения в мартенсит деформации.
Динамическое деформационное мартенситное превращение (ДДМП) является не только механизмом упрочнения, но и повышения пластичности [6, 58]. Увеличивает пластичность и феррит, равномерно распределенный в структуре в виде малых по размерам участков. На рис. 3.17. приведена микроструктура стали 14Г2 после изотермической закалки из МКИТ, характерная и для других исследованных малоуглеродистых низколегированных сталей. Нагрев в МКИТ исследованных сталей следует проводить при температурах Ас1 + (50-70 оС). Более высокий нагрев в области МКИТ увеличивает количество аустенита, но степень его обогащения углеродом снижается. В результате после закалки, в том числе изотермической, в структуре уменьшается количество феррита и остаточного аустенита, придающих сталям повышенную пластичность, и увеличивается доля мартенсита или бейнита, повышающих прочностные свойства.
Выдержку в МКИТ для получения в образцах исследованных сталей наиболее хорошего сочетания механических свойств целесообразно осуществлять в течение 40-60 мин. Количественным соотношением структурных составляющих, развитием ДДМП, а, следовательно, механическими свойствами можно управлять изменением температурно-временных режимов, в МКИТ, а также в бейнитной области.
Влияние термообработки, включающей закалку с нагревом в аустенитную область и МКИТ, на структуру, механические свойства и абразивную износостойкость сталей 40ХН, 40ХН2МА, 38ХС и 45
Особенностью изотермической закалки являлось также и то, что в отличие от общепринятой методики, как уже отмечалось, охлаждение после неполной аустенитизации проводилось не в расплаве солей, а в воде до температуры изотермы, а выдержка осуществлялась при выбранных температурах в печи, после чего охлаждение проводилось на воздухе.
После изотермической закалки из МКИТ в сталях 40ХН и 40ХН2МА получен близкий уровень прочностных свойств и более высокая пластичность в сравнении с обработкой улучшения.
Повышенный уровень пластичности обусловлен получением в структуре нижнего бейнита со сравнительно невысокой плотностью дислокаций внутри реек, феррита (15-20 %) в виде небольших по размеру зерен (10-2010-6 м), равномерно распределенных в структуре и метастабильного аустенита (15-25 %), превращающегося в мартенсит деформации при нагружении.
Данные, подтверждающие получение после изотермической закалки с нагревом в МКИТ повышенной пластичности и ударной вязкости по сравнению с улучшением по типовому режиму, также получены для сталей 40Г, 38ХС [111-115]. Механические свойства стали 38ХС приведены в табл. 4.12. Критические точки стали 38ХС - Ас1 = 763 оС, Ас3 = 810 оС.
Полученные результаты показывают, что при сопоставимых значениях прочностных свойств после улучшения и изотермической закалки из МКИТ по рациональному режиму, вторая по сравнению с первой позволяет получить в два раза большее относительное удлинение при более высоких значениях относительного поперечного сужения и ударной вязкости.
В том случае, когда улучшение при повышенных температурах отпуска (600-650 oС) обеспечивает столь высокое удлинение, как изотермическая закалка из МКИТ, предел текучести рассматриваемых сталей не превышает 500 МПа, что значительно ниже, чем после ее проведения.
Количественное соотношение структурных составляющих в исследованных сталях после изотермической закалки из МКИТ, чтобы обеспечить у них высокий комплекс механических свойств, должно находиться в следующих пределах: 15-20 % феррита, 10-15 % остаточного аустенита, остальное - нижний бейнит. В структуре может присутствовать небольшое количество карбидов, не растворившихся при нагреве в МКИТ.
Большое влияние на механические свойства оказывает остаточный аустенит, хотя его количество сравнительно невелико. Важно подчеркнуть, что он метастабилен и при испытаниях механических свойств превращается в мартенсит деформации. В условиях нагружения, когда дислокационный механизм пластической деформации исчерпан, она протекает за счет ДДМП. Согласно данным рентгеноструктурного анализа в образце стали 38ХС до испытаний на растяжение в структуре было 12 % остаточного аустенита, а в зоне разрушения он не обнаружен, поскольку превратился в мартенсит деформации [113]. Важную роль играет развитая субструктура бейнита и снижение его пересыщения углеродом, что достигается выбором температуры и выдержки в бейнитном интервале. Для исследованных сталей эти температуры составили 350-400 oС, а выдержки - 30-60 мин. Свой вклад в повышение пластичности исследованных сталей вносит и феррит, присутствующий в структуре в виде небольших (10-2010-6 м) сравнительно равномерно распределенных участков. Следует подчеркнуть, что феррит имеет повышенную пластичность, т.к. он очищен от углерода (азота) в результате обогащения им аустенита в процессе выдержки в МКИТ и в бейнитном интервале температур, а также в процессе ускоренного охлаждения до температуры изотермы [56, 57]. Количественное соотношение структурных составляющих, а, следовательно, уровень механических свойств можно изменять в нужном направлении, варьируя температурно-временные режимы в МКИТ и бейнитном интервале температур. Абразивная износостойкость стали 38ХС после изотермической закалки из МКИТ при небольшой разнице в твердости в 2 раза превышает ее уровень после улучшения. Это также можно объяснить получением в структуре наряду с бейнитом, карбидами метастабильного аустенита, претерпевающего ДДМП, на которое расходуется значительная часть энергии внешнего воздействия и, соответственно, снижается доля энергии, идущая на разрушение материала [6, 67-69].
Следует еще раз подчеркнуть преимущества изотермической закалки из МКИТ в сравнении с улучшением по типовому режиму. Они таковы: повышение уровня механических свойств и абразивной износостойкости, исключение масла при термообработке среднеуглеродистых низколегированных сталей в качестве охлаждающей среды, а также высокого отпуска после закалки. Это обеспечивает ресурсо- и энергосбережение. На основании полученных результатов по термообработке среднеуглеродистых сталей на предприятии ООО «Азовмашпром» (г. Мариуполь) была внедрена энергосберегающая технология термообработки колес, осей спекательных тележек (рис. 4.15) и уплотнительных пластин.