Исследование синергетических показателей высокопрочной строительной стали 14×2Гмр после термической обработки Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Строительное материаловедение

ВЕСТНИК

МГСУ

УДК 621.7

Ю.И. Густов, Х.Л. Аллаттуф

ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ИССЛЕДОВАНИЕ СИНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ВЫСОКОПРОЧНОЙ СТРОИТЕЛЬНОЙ СТАЛИ 14х2ГМР ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Приведены результаты исследования синергетических показателей высокопрочной строительной стали 14х2ГМР после различной термической обработки. Показано, что лучший комплекс структурно-энергетических показателей стали получен после нормализации.

Альтернативным представляется вариант № 1 закалки в воде. Характерным для стали является практическое равенство С=1,0, что свидетельствует о близости значений равномерной бр и сосредоточенной бс составляющих относительного удлинения.

Лучший комплекс показателей бр ,Фр МУ, МУ, Кзт и М/МР имеет сталь при нормальной температуре 20 °С. Альтернативный комплекс свойств критериев выявлен при температуре -60 °С. Окончательный выбор рационального варианта термической обработки и температуры эксплуатации рекомендуется делать по максимальным значениям G = М/Мр и статической вязкости Ас = 0,5(5К-стт)1п[1/(1-Ф)].

С учетом стойкости стали к растрескиванию при сварке AG =1,5; РБК= -0,25 < 0 она может быть рекомендована для тяжелонагруженных сварных деталей и узлов.

Ключевые слова: синергетика, показатель, сталь, термическая обработка, энергия, растрескивание, сварка.

Химический состав стали: 0,14 % С , 1,04 % Мп, 0,25 % Si, 0,02 % S, 0,029 % Р, 0,03 % V, 0,30 % №, 0,45 % Сг, 0,50 % Мо, 0,002 % В.

После термической обработки стали получены следующие показатели механических свойств [1] (табл. 1).

Табл. 1. Механические свойства стали 14х2ГМР после различной термической обработки

Термическая обработка МПа т МПа 5,% а /а т в 5/¥ С*

Закалка в воде 1230 1060 8 60 0,862 0,133 0,995

Закалка в воде и отпуск 730 660 10 80 0,904 0,125 1,029

закалка в масле 1180 1050 10 61 0,890 0,164 1,054

Закалка в масле и отпуск 650 0С 720 630 13 73 0,875 0,178 1,053

Нормализация 960 730 13 69 0,760 0,188 0,950

Нормализация и отпуск 650 0С 710 600 15 73 0,845 0,205 1,050

Примечание С = стт/ <гв +5/¥.

Для определения синергетических критериев использовали выражения 5р = [(1 + 5)/С* ]0,5 -1 , Тр = 8р/(1 + 8р), (1)

где 5р, — равномерные составляющие относительного удлинения 5 и поперечного сужения

" ' 1 + ¥/(!-¥„), (2)

= °в/(1 -^р), ^

где S , S — истинное временное и истинное сопротивление разрыву;

© Густов Ю.И, Аллаттуф Х.Л., 2012

79

ВЕСТНИК

МГСУ

6/2012

Жр = 0,5 (от + )1п [У (1 -¥р )] ,ЖС = 0,5 (от + ^ )1п [1/(1 -¥)],

(3)

где Ш, Шс — равномерная и полная удельная энергия пластического деформирования. Критерии зарождения К и развития трещин К вычисляли по формулам

Кзт = Жс/от,Крт = 0,61Жсот .

(5)

Результаты расчетного определения синергетических показателей термообрабо-танной стали 14Х2ГМР приведены в табл. 2.

Табл. 2. Синергетические критерии термообработанной стали14х2ГМР

Критерий хрупкости определяли по зависимости Кхр = 0,382Жсат2.

№ 5, р' % р' % £, Б5 МПа £, к' МПа Ш, р' МПа Ш, С5 МПа К зт К •Ю-3, рт ' МПа2 К •Ю-6, хр ' МПа3

1 4,08 3,92 1280,2 2048,3 46,8 1424,0 1,34 932,9 611,2

2 3,69 3,56 756,9 1362,5 25,7 1627,5 2,47 663,8 270,8

3 3,21 3,11 1217,9 1960,8 35,8 1417,5 1,35 919,8 597,0

4 4,32 4,14 751,1 1299,4 29,2 1263,1 2,00 491,8 191,5

5 8,28 7,65 1039,5 1756,7 70,4 1456,2 1,99 656,9 296,4

6 5,35 5,07 748,0 1294,0 35,1 1239,9 2,07 459,8 170,5

Выводы по результатам табл. 2.

1. Лучший комплекс структурно-энергетических показателей стали 14*2ГМР получен после нормализации (вариант № 5) при наибольших значениях 5р ,¥р, Ш, ШС, К и повышенных величинах £ , £ , К и К .

зт в' к' рт хр

2. Альтернативным представляется вариант № 1 (закалка в воде) при наибольших значениях £ , £ , К и К .

в к рт хр

3. Характерным для данной стали является практическое равенство С = 1,0, что свидетельствует о близости равномерной 5р и сосредоточенной 5с составляющих относительного удлинения 5.

Известный интерес представляет температурная зависимость механических си-нергетических показателей данной стали. Синергетические критерии оценивали по экспериментальным данным [1], приведенным в табл. 3, для улучшенного состояния стали (вариант № 2).

Табл. 3. Экспериментальные данные

Параметры Температура испытаний, 0С

20 -20 -60 -100

а, МПа 660 730 740 800

а, МПа в' 730 790 830 880

5, % 10 11,4 13,0 12,8

% 80 78 73 69

С 1,029 1,070 1,070 1,095

результаты расчета температурных синергетических показателей стали приведены в табл. 4.

80

КБИ 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 6

Строительное материаловедение

ВЕсТниК _МГСУ

Табл. 4. Синергетические критерии улучшенной стали 14х2ГМР в зависимости от температуры

т oC 5 р. % ¥ р. % S. в' МПа S. к' МПа W. p МПа W. с' МПа к зт К 10-3. рт ' МПа2 К •Ю-6. хр ' МПа3 A /А рт с

20 3.62 3.49 756 1362 25.2 1627 2.46 663.5 270.7 0.997

-20 2.79 2.71 812 1445 21.2 1647 2.26 743.0 335.2 0.998

-60 3.72 3.58 861 1489 29.2 1459 1.97 667.4 305.3 0.996

-100 2.95 2.86 906 1531 24.8 1365 1.71 674.9 333.7 0.997

Выводы по результатам табл. 4:

1. Лучший комплекс показателей 5 , ¥ , Ш, Ш, К и Ш/Ш имеет сталь при нор-

р р р С зт р С 11

мальной температуре 20 0С. Альтернативный комплекс критериев выявлен при температуре -60 °С: наибольшие значения имеют показатели 5 , ¥ , Ш и повышенные £ ,

р р р в

£к. По критериям Крт, Кхр предпочтительней сталь при температуре -20 °С.

2. Окончательный выбор рационального варианта термической обработки и температуры эксплуатации стали рекомендуется делать по максимальным значениям G = Шр/Шс и статической вязкости Ас = 0,5(£к- от)1п[1/(1 - у)].

3. Максимальные значения G = 0,048 и Ас = 600 МПа соответствуют варианту № 6 (см. табл. 2) и температуре 20 °С при наибольшей величине АС = 564 МПа и повышенной G = 0,015. Заслуживает внимания критерий G = Шр/Ас, минимальное значение которого соответствует лучшему комплексу синергетических показателей.

4. отмечается температурная независимость отношения статической вязкости развития трещины Арт к полной статической вязкости АС.

Исследовали сталь 14*2ГМР на склонность к растрескиванию при термообработке.

Влияние химического состава сталей на склонность к растрескиванию при термической обработке сварных соединений оценивается критерием Накамуры [2]

ДG = 10С + Сг + 3,3Мо + 8,1Г - 2; %. (6)

При Д G < 1,5 сталь не склонна к растрескиванию, при Д G > 2 — склонна к растрескиванию, при 1,5 < ДG < 2 сталь занимает промежуточное положение. Склонность стали к растрескиванию можно подтвердить критерием Ито [2]

Р8К = Сг + Си + 2Мо + 10V+ 7Мп + 5Ti-2;% (7)

при ^ > 0.

По (6) получено значение Д G = 1,5, т.е. сталь не склонна к растрескиванию. Уточнение по критерию (7) показало Рзк = -0,25 < 0, что подтверждает сделанный вывод о несклонности стали к растрескиванию при термообработке сварного соединения.

Учитывая стойкость стали приведенного химического состава к растрескиванию при сварке, ее можно использовать для тяжелонагруженных сварных деталей и узлов.

Библиографический список

1. Большаков В.И. Субструктурное упрочнение конструкционных сталей : монография. Канада, 1998. С. 316.

2. Справочник по специальным работам. Сварочные работы в строительстве. Часть I. М., 1971. С. 464.

Поступила в редакцию в апреле 2012 г.

Об авторах: Густов юрий Иванович — доктор технических наук, профессор, академик РАПК, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, 8 (499) 183-94-95, GUSTOV D.U.@ mgsu.ru;

Research of building materials

81

ВЕСТНИК 6/2012

6/2012

Аллаттуф Хассан Латтуф — аспирант, ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].

Для цитирования: Густов Ю.И., Аллаттуф Х.Л. Исследование синергетических показателей высокопрочной строительной стали 14х2ГМР после термической обработки // Вестник МГСУ 2012. № 6. С. 79—82.

Yu.I. Gustov, H.L. Allattouf

RESEARCH OF SYNERGETIC PROPERTIES OF HIGH-STRENGTH STRUCTURAL STEEL 14X2GMR IN THE AFTERMATH OF EXPOSURE TO HEAT TREATMENT

The article represents a brief overview of the properties of steel type 14X2GMR (Russian standards), a high-performance synergetic structural steel exposed to different modes of heat treatment.

The author demonstrates that the best set of the steel properties was obtained upon its normalization (Option 5). An alternative option is Option 1 (water quenching). This steel demonstrates its C ~ 1,0, which indicates the proximity between the uniform 5p value and the concentrated 5c value as the constituents of 5, the elongation value.

The best set of 5 W, W, K and WIW values is demonstrated by the steel at the normal

p'p , p' c 3T p c 1

temperature of 20 °C. An alternative set of criteria properties is identified at -60 °C.

The final choice of the optimal heat treatment mode and the operating temperature is recommended to be based on the maximal values of G = WIWc and the static viscosity = 0,5(Sk - aT)1n[1I(1 - Y)]. Given the resistance of steel to cracking during welding (AG = 1,5; PSK= -0,25<0), it can be recommended for heavy-duty welded parts and assemblies.

Key words: synergy, index, steel, thermal processing, energy, cracking, welding.

References

1. Bol'shakov V.I. Substrukturnoe uprochnenie konstruktsionnykh staley [Substructural Strengthening of Structural Steels], a monograph. Canada, 1998, 316 p.

2. Spravochnik po spetsial'nym rabotam. Svarochnye raboty v stroitel'stve [Reference Book of Specialty Assignments. Welding in Construction]. Moscow, 1971, Part 1, 464 p.

About the authors: Gustov Yuriy Ivanovich — Doctor of Technical Sciences, Member, Russian Academy of Quality Problems, Professor, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE),

26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected]; +7 (499) 18394-95;

Allattouf Hassan Lattouf — postgraduate student, Moscow State University of Civil Engineering (MSUCE), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].

For citation: Gustov Yu.I., Allattouf H.L. Issledovanie sinergeticheskikh pokazateley vysokoprochnoy stroitel'noy stali 14kh2gmr posle termicheskoy obrabotki [Research of Synergetic Properties of High-Strength Structural Steel 14x2gmr in the Aftermath of Exposure to Heat Treatment]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2012, no. 6, pp. 79—82.

82

ISSN 1997-0935. Vestnik MGSU. 2012. № 6