CC BY
8ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ТЕХНОЛОГИЯ
ния натяга дорнования. Разработана конструкция дорна. Изменяли геометрические параметры дорна, а именно -угол заборного конуса дорна а° в пределах 1,5,10,15,20,25,30 для изменения радиальной и осевой сил, с целью исследования течения металла в процессе дорнования. После запрессовки тонкостенной втулки в корпус головки блока цилиндров с последующим эе дорновани-ем, полученный узел проходил опрессовку воздухом для проверки герметичности соединения.
В целях снижения расхода цветного металла на втором этапе экспериментальных исследований реализована идея замены латунной в~улки на стальную. Выбор материала стали определялся с учетом сопоставимости из физико-механических свойств этих материалов. В качестве материала тонкостенной втулки был выбран материал стальЮ (см. таблицу).
Для определения возможности замены латунной втулки на стальную проведены экспериментальные исследования обеспечения герметичности соединения. Исследования показали, что замена латунной втулки на стальную при выполнении технологических режимах дорнования отверстия обеспечивает требования эксп-
луатации узла.
Экспериментальные исследования, проведенные на лабораторной базе ООО «Алтайдизель», включающее в себя два этапа, показали следущее:
1. эазработанный технологический процесс обеспечивает требования по герметичности соединения гнездо-втулка.
2. Предложенная конструкция нового соединения гнездо-втулка позволит снизить расход цветного металла, число комплектующих деталей, необходимых для сборки, число единиц применяемого оборудования за счет одной операции - дорнования, повыситэ производительность и технологичность сборки узла.
3. Исследования позволили разработать оптимальные технологические режимы процесса дорнования и конструктивные параметры инструмента - дорна.
4. Замена латунной втулки на стальную в значительной мере снижает затраты на изготовление узла при сохранении качества соединения.
5. Экспериментальные исследования нашли практическое применение при изготовлении головки блока цилиндров двигателя А-01 на ОАО «Алтайдизель» (г. Барнаул).
Анализ уравнений регрессии и прогнозирование механических свойств листов стали Д32
Р. Е. ВЕЛИКОЦКИЙ, нач. бюро ОАО «Алчееский металлургический комбинат»,
г. Алчееск, Украина
Изложение доклада на 2-й Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе»,
1 апреля 2004 г., г. Новосибирск
Последние исследования низколегированных марок сталей методом множественной корреляции [1-5 и др.] выявили заметную точность и объективность в прогнозировании механических свойств и выхода годного по результатам математического и металлографического анализа плавок.
Данные исследования проводились на ОАО «Алчевский металлургический комбинат» с целью установления закономерностей между мехсвойствами, химсоставом и технологией производства стали Д32.
Расчёт уравнений регрессии, связывающих механические свойства листов с химическим составом производился по программе шаговой регрессии, в.соответствии с которой отбор переменных в каждое последующее уравнение производился так, что при этом обеспечивался наибольший прирост множественного коэффициента корреляции. Такой отбор производился как из числа всех переменных, так и из заранее заданных их сочетаний. Исследовалась также корреляция механических свойств с углеродными эквивалентами - традиционными - С + 0,25Мп + 0,181 и полученными в настоящей работе для стали 09Г2С в горячекатаном состоянии углеродным эквивалентом С'э = С + 0,11 Мп + 0,18Сг + 0,76"П и эквивалентом С"э = С + 0,23Мп + 1,3571 для нормализованных листов.
Рассматривая зависимости предела текучести от мас-
34 № 3 (24) 2004
совой доли отдельных элементов, следует отметить весьма сильное влияние фосфора. 0,01% фосфора повышает предел текучести горячекатаных листов стали Д32 примерно на 8-10 МПа, что в несколько раз сильнее, чем при таком же увеличении массовой доли углерода. Необходимо отметить и влияние алюминия, 0,01% которого повышает предел текучести примерно на 3,5-4,0 МПа, что также сильнее влияния углерода и связано с воздействием этого элемента на величину зерна. Временное сопротивление стали лу-ше коррелирует с марганцем, который первым включается в уравнение регрессии. Затем включается последовательно углерод, хром, фосфор и только на пятом шаге толщина листа, оказывающая на временное сопротивление меньше влияния, чем на предел текучести. Увеличение толщины горячекатаных листов на 1 мм способствует уменьшению значения предела текучести примерно на 3,45 МПа, а временное сопротивление в 2 раза меньше -1,75 МПа.
Уравнение:
а8 = 291 + 102Мп + 424С + 203Сг + 1205Р -1,80Ь, коэффициент множественной корреляции для которого равен 0,636 может быть использовано для расчёта предела текучести. Для этой цели может быть использовано и уравнение, в которое введён ещё и алюминий:
ав = 297 + 96Мп + 4170 + 139Сг + 1251Р -1,77Ь + 233А1,
«
ТЕХНОЛОГИЯ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
коэффициент множественной корреляции равен 0,638. Разделив коэффициенты регрессии в этих уравнениях на коэффициент при углероде, получим:
ое = 291 + 424 (С + 0,24Мп + 0,48Сг + 2,48Р) -1,80Ь, где выражение в скобках заменено на С0 - углеродный эквивалент временного сопротивления. Преобразуя аналогичным образом уравнение
(о„ = 297 + 96Мп + 417С + 189Сг + 1251Р - 1,77Г| + 283А1), получим о8 = 297 + 417 Св, где <тв = С + 0,23Мп +0,45Сг +3,0Р +0.68А1. На временное сопротивление сталей Д32, А32 и Е32 весьма сильное влияние оказывает фосфор, каждая 0,01 % которого повышает временное сопротивление примерно на 12-15%. Интенсивность влияния хрома на прочностные свойства этих сталей больше, чем марганца, хотя его вклад в величину этих свойств меньше из-за гораздо меньшего содержания в стали. Связи временного сопротивления с величиной углеродных эквивалентов С'э и С"э, взятых в сочетании с толщиной листов достаточно тесные (Р ~ 0,55), но заметно слабее большинства полученных в настоящем исследовании.
На относительное удлинение листов стали Д32 в горячекатаном состоянии оказывают влияние углерод, марганец, хром, алюминий, фосфор и толщина проката. Наиболее интенсивно снижает эту характеристику фосфор (каждая 0,01% на 0,5-0.7%) и, и мрнкшрй степени, алюминий.
Рассмотрим зависимости, полученные для нормализованных листов стали Д32 толщиной 10-30 мм. Наиболее слабо коррелирован с изучаемыми факторами предел текучести, величина коэффициентов множественной корреляции в исследованных вариантах не превышает 0,4. Из выражений для углеродных эквивалентов видно, что интенсивность влияния марганца на предел текучести составляет 0,2-0,3 по отношению к углероду, что согласуется с обычно применяемыми данными, а интенсивность влияния фосфора в 2-3 раза больше, чем углерода. Временное сопротивление нормализованных листов тесно связано с изучаемыми факторами. Интенсивность влияния фосфора на временное сопротивление нормализованных листов в 2,0-2,5 раза сильнее, чем влияние углерода. С учётом того, что интервал колебаний массовой доли фосфора в стали Д32 составляет примерно 0,02%, интервал колебаний временного сопротивления за счёт фосфора может составлять приблизительно 30 МПа. Характерно, что временное сопротивление нормализованных листов не зависит от толщины - ни в одно из уравнений она не входит.
В уравнения для относительного удлинения нормализованных листов, как и в уравнения для горячекатаных, первой вводится толщина, но влияние её в этом случае несколько слабее. Затем вводится углерод, фосфор, марганец и кремний. Наиболее сильно снижают пластичность стали фосфор (в 2-3 раза сильнее углерода) и сера (в 1,6 раза).
На основе полученных уравнений регрессии могут быть найдены предельные значения углеродных эквивалентов, обеспечивающие с заданной доверительной вероятностью выполнение норм по механическим свойствам.
Ниже приводятся результаты такого анализа применительно < углеродному эквиваленту (С3 = С + 0,25Мп + 0,181), который используется в ОАО «АМК» в нормативно-технической документации, относящейся, в частности, и к ста-
лям А40, Д40 и Е40. Расчёты выполнены для временного сопротивления, которое нормируется для указанных сталей как по минимальным значениям (ов > 470 МПа), так и по максимальным (аа < 590 МПа) и лучше других характеристик коррелировано с химическим составом.
Использованы следующие уравнения, полученные в настоящей работе:
• для листов в горячекатаном состоянии, толщиной 8-18 мм:
ав = 310 + 455СЭ - 1.85И (Я = 0,545; ЭСС1 = 24,1);
• для нормализованных листов толщиной 10-32 мм:
ав = 266 + 495СЭ (Я* = 0,576; = 22,3).
По приведённым уравнениям построены номограммы для определения временного сопротивления листов при различных значениях углеродного эквивалента плавок и рассчитаны минимальные и максимальные значения этого показателя для листов размой толщины, в пределах которых выход годного по временному сопротивлению (по результатам первичных испытаний) гарантируется в объёме ~ 95%.
Для обеспечения минимальной нормы по ао с увеличением толщины листов должны повышаться и значения углеродного эквивалента. При этом возрастают и максимальные значения временного сопротивления, что приводит к превышению верхней нормы 590 МПа. Однако в связи с тем. что допускается её превышение до 620 МПа. это значение может быть лишь при величине углеродного эквивалента, больше 0,61-0,62, то есть практически максимально возможных для рассматриваемых марок.
Выводы:
1. Установленный верхний предел по ао не является критерием максимально допустимых значений углеродного эквивалента Сэ.
2. Предельные значения следует устанавливать, исходя из условий обеспечения требований по испытанию на изгиб.
3. Для обеспечения минимальной нормы по ов с увеличением толщины листов должны повышаться и значения углеродного эквивалента.
Литература
1. Великоцкий Р.Е. Оптимизация температуры конца прока !ки дли тричека1аной толстолистовой стали 10ХСНД // Металлообработка, 2003. - № 4 (16). - С. 17-21.
2. Великоцкий Р.Е. Влияние химического состава на предел текучести стали 10ХСНД // Металлургия машиностроения, 2003. - № 6. - С. 17-19.
3. Великоцкий Р.Е. Влияние химических элементов на предел текучести горячекатаной тол стол и сто вой стали 10ХСНД в зависимости от толщины листа // Весник Терно-польского ГТУ, 2003. - № 4. - Том 8. - С. 20-27.
4. Великоцкий Р.Е. Исследование зависимости ударной вязкости от размера зерна горячекатаной толстолистовой стали 10ХСНД // Весник Кременчугского ГПУ, 2003. - № 4 (21). - С. 62-64.
5. Великоцкий РЕ. Исследование влияния температуры конца прокатки на механические свойства горячекатаных листов стали 10ХСНД // Бюллетень «Чёрная металлургия». № 2. - Москва: ОАО «Черметинформация». - 2003. - С.42-47.
№ 3(24)2004
35
