Введение к работе
Актуально с ть про оль'ны. Современное машиностроение стазкг перок металловедением проблему создания сплавов с заранее заданными свуйсівами. Ее решение возможно только на основе глубокого изучения Физический закономерностей Формирования Фазово- структурного состояния различных групп материалов и широкого использования нн-тематико-статистичсских методов для создания моделей, аозвэляюгалх KOJii^-естБекно оцепаоаті. вклад различных Фййгороб с Формирование структуры и свойств сплава.
Традиционным способом создания сталей с высоким комплексом іизші.0 лехаплчзс:;:::; свойств является легирование хромом и ьике^ен, причем содержание последнего в конструкционных машиностроительных сталях составляет обычно от і до 4%. Как легирующий элемент нлкель входит почти в половину марок легированных конструкционных сталей. Дороговизна и дефицитность этого элемента уже в течение нескольких десятилетий побуждают исследователей к изысканию безникелевых или малоникелевых сталей, особенно для тяжелого машиностроения. Проблема эта актуальна к сейчас, в период перехода к рыночным отношениям s экономике.
Существенный прогресс в Решении этой задачи стял возможен при использовании н.^еи комплексного легирования, выдвинутой к. п. Вгау-
НОМ Б 5'"!-Х ГОДЗХ. ОДНО ИЗ ПРЄУІМУІД.ЄСТВ комплексного ЛЄІ-,"--. :;іГі-Лї>і
состоит в том, что создаются дополнительные возможности упг- .'.: = :ШЯ структурообразовакиек за счет использования метаст-ібилпіосги, ,г>з-никаетей при температурном или дєфорнаиионнг,и воздействиях. lj работах ряда исследователей, з т.ч. автора кастоязге.Л диссертэш:к, накоплен большой экспериментальный материал по структурообразова-tnra " свойствам отдельных комплекснодегироланных стаг.ей или ^рупп сталей. Возникла необходимость сделать обоелаюцие в^одн со v";;ob-ных структурных факторах, способствующих Формированию благоприятного комплекса свойств в сталях разных групп, и условиях получения
ОШ'ИМаЛЬи-кХ СТРУКТУР, ОЦеНИТЬ КОЛИЧЄСТВЄКлЄ ВКЛ.Ід ґ.-ТДЄЛьНЬГ: -"Г.о-
ментог;, а, следовательно, наметить конкретные пути создания .'о>мп-лекснолегнрованных сталей с заг~нее заданными свойствами.
(...вяз:, темы диссертации с_планом основных работ институт.;.
Диссертационная работа является обобщением многолетних исследований автора по проблеме структурообразовзния в комплекснолеги-рованных сталях, которая выполнялась по программам Минобразования Украины, Нинмашлрома Украины, Минчермета Украины и кланам Донецке-
го политехнического института - ДонГТУ ( НН госрегистрации тем: 74047307, 74047336, 76036040, 76038226, 78016832, 79050207, 80064878. 01860083931. 01920013884, 0193U0341.50, 0195U009198). АВТОР являлся руководителем большинства работ, в отдельных случаях руководителем раздела работы. Автором использованы также экспериментальные материалы, полученные им в 60-х годах во время работы на Новокраматорском машиностроительном заводе и в Донецком проектно -конструкторском и экспериментальном институте комплексной механизации шахт.
Цель работы - установление закономерностей формирования Фазово -структурного состояния при комплексном легировании сталей различных групп и разработка на этой основе путей создания новых экономичных сталей и технологических процессов термической обработки, обеспечивающих заданный комплекс свойств в изделиях, преимущественно крупных сечений.
Идея работы - использование особенностей структурообразова-ния, связанных с изменением стабильности Фаз под воздействием температурно -временных или деформационных Факторов, при разработке способов управления уровнем свойств комплекснолегирозанных машиностроительных сталей.
Методы исследования. Для изучения струтурообразования в комп-лекснолегированных сталях использованы методы световой и электронной микроскопии с микродиФракцией, химический И РЄНТГЄНОСТРУКТУР-ный анализ карбидных осадков, рентгеноструктурный анализ тонкой кристаллической структуры, статических и динамических искажений решетки, определение структурно чувствительных свойств (твердость, электросопротивление, коэрцитивная сила). Для построения термокинетических диаграмм распада аустенита использовали дилатометрию.
оценку механических свойств проводили по результатам стандартных испытаний на растяжение и ударную вязкость, испытаний надрезанных образцов на растяжение, определения работы зарождения и работы развития трешины, испытаний цементованных образцов на статический изгиб, усталостных испытаний, испытаний на контактную выносливость и износостойкость, оценку упрочняемости аустенита проводили по изменению микротвердости и ширины рентгеновских интерференции. Для определения свойств комплекснолегированных сталей в крупных сечениях проводили изготовление и исследование крупногабаритных поковок-проб непосредственно в промышленных УСЛОВИЯХ.
Для оценки влияния элементов на параметры Фазово-структурного состояния и свойства, а также создания моделей, позволяющих управ-
- 5 -лять этими параметрами, использовали регрессионный анализ. Оптимизацию состава стали проводили методом крутого восхождения.
- Основные научные ыодожеаия, выносимые на зашиту, и их новизна.
і. Установлено, что при комплексном легировании Формигогатптэ структури в /слов'*ях предварительно созданной метзстабильнос'.и приводит к изменению не только степени, но и характера влияния ле-гирукаих элемент об ка свойства стали.
вопреки ;,стансвикп:еиуср мнению доказано, что никель в коня-л^ксьолегированнои термически улучшенной стали мо'»ет спосо':>стг.о-вать снижению прочности, не влияя на хладноломкость, а в а-/стелит-ноч адсоконаргапдовкстоп стали - порипат*. упрочняемость и ударную вязкость.
г. оптимальное сочетание механических характеристик термически улучшенной хромистой комплекснолегированной стали имеет иесто в случае образования при отпуске небольшого количества стабильных частиц тригонального карбида хрома. Такому комплексу свойств соответствует структура, состоящая из частично полигонизованкок Фер-ритной матрицы с низким уровнем мшсроискаж.ении решетки и равномерно распределенных дисперсных карбидных частин, преимущественно яе-иечтитного типа.
"становлено, что одной из причин сохранения дпенерикоги; карбидной 4азы является образование з процессе карбидно/о прсы .:-.'. :;ия нових часта нелегирсванного цементита. Предложено rnnoTev^i-ci-'oe
'сЛ.ЯСНеНКе ЭТОГО ЯБЛЄНИЙ На ОСКОВе Предположения С ^>ТЛЄС"Г..;^^1ИИ
двух относительно стабильных видов цементита: нел'-гиронаки^го v предельно насыщенного легирующими элементами.
3. Установлено, что наиболее существенное положительное влия
ние на прочность цементованной стали при изгибе окя?ь.вает лрриро-
цаше никелем. Еснтгкгная прочность определяется. к ос;.о:-.-:":-:-
структурой цементованного слоя, а не характером легирования.
Впервые установлена зависимость характера влияния остаточного аУстенитг ка контактную выносливость цементованной стали от УРОВНЯ действующих напряжений В связи с этим обоснованы :': "іС-вия использования мартенситного превращения яри кагрудеш-ш дли повышения ее контактной долговечное ти.
4, Обнаружена аномалии профиля рентгеновских китерберг м.ции
остаточного аустенита цементованной стали и твердого раствора де
формированной аустенитной стали, обусловленные концентрационной
неоднородностью. Установлено, что различие в концентрационной не
однородности и упрочняемости марганцевого и никелевого аустенита
- б -
проявляется не только в выеоколегированный аустенитных сталях, но и в цементованном слое низколегированных сталей.
5. Установлено и научно обосновано влияние параметров горячей деформации на процессы Формоизменения карбидной Фазы при последующем отжиге. Экспериментально доказано, что получение зернистого перлита при отжиге с фазовой перекристаллизацией может происходить посредством сферондизанки стержневидного цементита перлитных колоний, образовавшийся при распаде аустенита.
Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций работы подтверждается широким кругом исследованнык материалов (около 70 составов стали), хорошей воспроизводимостью результатов при исследованиях различных марок сталей, проводившихся в разное время, получением однотипных результатов при использовании разных методов исследования, широким применением математико -статистических методов, успешной реализацией результатов исследований в промышленности.
Научное значение работы. В работе установлены новые закономерности структурообразования при термической обработке комплекс-нолегированных сталей и развиты научные представления, позволяющие создавать экономичные стали и технологические процессы термической обработки для обеспечения заданного уровня свойств, преимущественно в изделиях крупных сечений.
Практическое значение работы:
-
Разработаны новые экономичные машиностроительные стали (АС СССР 127280, 144513, 8391Є1, 853903. патент Украины Ю129). а также технологические процессы их термической обработки.
-
Созданы регрессионные модели, позволяющие прогнозировать Фазово-структурное состояние и свойства комплекснолегированных сталей разных групп в зависимости от состава, в основном, применительно к условиям производства крупногабаритных изделий.
-
Получена обширная информация о свойствах конструкционных сталей в крупных сечениях, частично єключенная в справочные издания и позволяющая конструктору более обосновано выбирать материал для крупногабаритных изделий.
-
Даны рекомендации по вопросу рационального легирования цементуемых сталей в зависимости от условий работы изделий.
-
Предложены нетрадиционные способы управления содержанием остаточного аустенита в цементованном слое и возможности использования метастабильного остаточного аустенита для повышения эксплуатационной стойкости изделий машиностроения.
5. Разработан новий вид т&риомэяавической обработки - предварительная разупрочкйшап ТКО - п конкретные токнологические процессы такой обработки. - -
Реализация выродсв к рекомендаций работы,
Стали ЗОХГВТ и ЗОХагН'ї были внедрены на Новокранаторскок на тинострсительном заводе. Они были включены в союзные справочные издания и применялись на различных предприятиях страны. При производстве тяхспш прессов была внедрена свариваемая сталь ?.5Хггнт. В настоящее время на АО нкйгз сталь 30Х2РНТ широко испо.сьзуетоя змее-то сталей 35Х2Н2И и 38ХНЗМА для изделий размером до 700 кн. В 199 г на '-№чм же предприятии усп?^но опробована сталь 35л2ГНКт.
На Горловскон машиностроительном заводе была внедрена аалоаи-келевая цементуемая сталь 25Х2ГНТА и разработанный технологический процесс ее химико-термической обработки. В настоящее время Юрловским машзаводом принята к использованию сталь 20Х2ГСНТ.
Сталь 70Г7Х4Н2К в 1982г. внедрена для восстановления режущей кромки черпаков драг на прииске "Дражный" ПО "Лензолото".
На Донецком металлургическом заводе в 1984 г. была внедрена технология предварительной РЗЗУДРОЧКЯЮШеЙ ТКО полосой о:": С:'аЛИ 5 3ХГТ, позволившая сократить длительность сі-єрскллз^ууллєго '.'Г-Ги-га. Аналогичная технология была внедрена при производстве мтамло-вок иг стали 25ХГТ нз Таганрогской комбайновом заво/те з 1990 г.
Суммарный годовой экономический эффект от внедрение ука^начх разработок составляет около уоо тыс. руб. в цекэу де з 99я і\
лгФоба_ці:_2_раб_о_тіі. Материалы работы докладывалась и обсуждались на всесоюзных научно-технических конференциях и семинаї--.? з Одессе г i960 г. , в Тбилиси в 1961 г. , в Москве в 1977 и 1989 г. .
» КККсКЭ З 19ЙІ Г. , Б ДОНеЦКи Б І978 К 19ЙГ: Г, , В Д'і.;ПРОПЄТР"Ьі";-:Є
в 1981 и 1985 г. , в Череповце з 1986 г. , на республиканских я--уч-но-технических конференциях и семинарах в Киеве в 1964. 1970. 1991. 1992 и 1994 г. г. , в Донецке в 1995 г., на международных конференциях в Запорожье в 1995 г. і в Днепропетровске в 1996 г. . в Донецке з 1995 г. и з слнииннати (СЕЛ) в 199о г. , а также на уауч-но-теякических конференциях профессорско-преподавательского состава Донецкого политехнического института (ДонГТУ) Е 1977-1996 г. г.
За отдельные этапы работы автору настояшеи диссертации, в . ..;-таве творческого коллектива присуждались премии и почетные грамоты на конкурсах им. д. к, Чернова. Н. А. Нинкевича и ГН'ГК Совмина УССР.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано около 100 научных работ. Основное содержание диссертации изложено
- 6 -в 4 монографиях и 35 научных статьях, получено б авторских свидетельств СССР и патент Украины.
Список основных публикаций приведен в конце Реферата.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит-в целом 423 стр., в т.ч. ЕбО страниц машинописного текста. 41 таблицу, 84 рисунка, перечень ссылок из 40Т наименований, і приложение.
