Введение к работе
Актуальность работы Развитие современного машиностроения предъявляет все более жесткие требования к качеству литых заготовок, в том числе и из традиционных углеродистых сталей, диктуя производству необходимость обеспечения прочностных характеристик на верхних пределах марочных значений стали. В то же время производственные условия изготовления стальных отливок; с - учетом многофакторпого влияния всех операций технологического процесса не обеспечивают в большинстве случаев не только максимальных значений ударной вязкости литых заготовок, но и минимальных оговорешшх требованиями ГОСТ 977-88. Низкие пластические характеристики стали часто связывают с неизбежным возішкновением при охлаждении отливок в форме метастабильной видманштеттовой структуры, оказывающей охрупчивающее воздействие на литую сталь даже после термической обработки отливок. Наследственное последействие видманштеттого феррита в нормализованных сталях, сохраняющих некий "эффект памяти", о природе которого в настоящее время мато известно, не позволяет в полной мере получать положительные эффекты от применения современных технологий выплавки, микролспірования, рафинирования, ковшевой обработки стали и др.
Поэтому выявление механизма формирования отрицательной наследственности видмшшггеттова феррита и изучение возможности ее частичной или полной нейтрализации для повышения качества стальных отливок представляет существенный научный и практический интерес.
Цель работы: Повышение ударной вязкости стали 20Л за счет
нейтрализации отрицательной наследственности видмапштеттова феррита методами литейной технологии.
Для достижегшя поставленной цели требовалось решить следующие задачи:
теоретически обосновать и экспериментально подтвердить природу наследственного последействия впдмаїшггеттова феррита с индентифккацией конкретных параметров микроструктуры, ответственных за понижение пластических свойств нпзкоуглеродистой стали;
произвести измерение фактической пересыщенности видманштеттова феррита углеродом и изучить изменение его свойств в зависимости от содержания углерода;
-4'
разработать методы изучения кинетики старения видманштсттова феррита в процессе охлаждения .отливок в форме и при отпуске с повторного нагрева;
произвести качественную оценку всех структурных составляющих литой и нормализованной стали 20Л в отношении их сопротивляемости разрушающим нагрузкам и определить наиболее слабые элементы структуры, являющиеся очагами зарождения трещин;
исследовать факторы, интенсифицирующие проявление отрицательной наследственности видмашптеттова феррита в термообработанных отливках;
разработать комплекс наиболее действующих технологических мероприятий, позволяющих нейтрализовать проявление наследственности видманштетта в отливках и повысить их ударную вязкость;
- осуществить лабораторную и производственную проверку правильности
найденных закономерностей.
Научная, новизна
1. Выявлен механизм отрицательной наследственности видманштсттова
феррита, способного образовывать в структуре сохраняющиеся после
нормализации протяженные карбидные образования, являющиеся мощными
концентраторами напряжении.
-
Показано, что видманштеттов феррит является пересыщенным а-твердым раствором и при его возникновении не требуется предварительного диффузионного перераспределения углерода в аустешгге.
-
Впервые исследован видманштеттов феррит в момент своего образования и после самоотпуска в форме. Устаповлено, что видманштеттов феррит претерпевает две качественно отличные стадии самоотпуска;
- первая, наиболее интенсивная, в контакте с еще непрсвргщенным
аустснитом, практически не сопровождается выделепием избыточных карбидов;
' вторая после завершения перлитного превращения приводит к выделению избыточных карбидов на границах и в приграничных районах видманютеттовых пластин.
4. Интенсивность и полнота протекания первой стадии самоотпуска
предопределяет степень проявления отрицательной наследственности.
Повышение температуры первой стадии самоотпуска и понижение скорости
охлаждения в этом интервале резко уменьшает способность шідманштсттова
феррита к выделению избыточных карбидов, улучшая свойства стали после
-s-
нормализации.
5. Впервые показано, что в ограниченных пластинами видманштетга
объемах аустешгга формируется аномальный перлит с кристаллографической
ориентацией феррита, эшггаксиальпо зарождающегося на плоских границах
видманштетта. Ведущей фазой перлитного превращения в этих зернах является
не цементит, а феррит.
6. Разработан метод визуализации проявления отрицательной
наследственности видмаїшггетта в нормалнзовашшх сталях по появлению
характерной формы микродеформацпонного рельефа.
Практическая ценность работы состоит в том, что изученный механизм формирования в стальном литье отрицательной наследственности видмапштеттова феррита позволил выделить из всего множества технологических факторов два значимых, регламентация которых в рамках традиционной литейной технологии не представляет трудностей, но способна существенно повысить ударігуга вязкость низколегированной стали 20Л.
В соответствии с технологически обоснованными и проверенными методами нейтрализация отрицательной наследственности шідманштетта, увеличение в стали содержания кремния и снижение содержания марганца в пределах требований ГОСТ 977-88, повышая температурный интервал у -» а превращения, снижает остаточную пересыщенность видманштетта углеродом а стабильно, на 10-15%, повышает вязкость стали.
Ускоренный нагрев лнтья при проведении нормализации в шнервалах 350-550С, предотвращая коагуляцию выделяемых вхиманштеттсм избыточных карбидов, наиболее значительно (25-35%) повышает ударную вязкость стала.
Результаты подтверждены актом производственных пегштаняй, проведенных на Волгоградском тракторном заводе.
Абсолютные значения данных технологических параметров не подлезет жесткой регламентации, поскольку для каждого типа производства опи могут не совпадать, однако даже качественная ориентация техпроцесса в указанных , а не противоположных направлениях, гарантирует стабильное получение в стальном литье марочных значений S.CU.
На зашиту выносится еяедуюшие положения:
1. Видманштстгов феррит представляет собой пересыщенный углеродом
а-твердый раствор, способный отпускаться с выделением избыточных карбидов.
-
Образование ввдмалштстгова феррігга стали 2ШІ происходит по мартенситному типу, т.е.' без предварительного диффузионного перераспределения углерода.
-
Самоотпуск видманштеттова феррита начинается одновременно с его образованием и протекает без выделения избыточных карбидов в присутствии непревращенпого аустснита и с выдслешзем их после завершения аустешгшого превращения. Снижение пластичности стали связано только со второй стадией самоотпуска.
4. Способность видманштетта выделять на протяженных границах и внутри
пластин избыточные карбиды, не растворяющиеся при нормализации,
определяет природу яонижеяпой пластичности стального литье.
^пробаттад работу. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на научно-технологических конференциях в ВолгГТУ /Волгоград, 1994, 199S, 1996гг./, межвузовских научпо-практических конференциях студентов и молодых ученых "Новые промышленные техника и технологии. Компьютерное обеспечение и компьютерные технологии." /Волгоград, 1994, 1995гг./, IX Российской научно-технической конференции "Теплофизика технологических процессов" /Рыбинск, 1996 г./, межвузовской научно-методической конференции "Современные технологии в промышленности, строительстве и высшем образовании: инновации, опыт, проблемы, перспективы" /Камышин, 1996 г./.
Публикации. Основные положення диссертации изложены в 8 печатных работах.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 102 наименования. Диссертация изложена ва 1S3 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и В
