CC BY
124Решетнеескцие чтения. 2015
приведет к изменению скорости его всплывания, так как входящие в формулу величины плотности и вязкости зависят от температуры расплава:
Рж = a - b(T - Tnn )
d
Ц=с+ —
T 2
d® ,гг Т Л СТ = СТпл - (T - Tnn )
dT
Здесь a,b, с, d,^^ - коэффициенты, зависящие от
dT
типа металла или сплава; TTm, стпл - температура и поверхностное натяжение в точке плавления, К.
Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что изменение любых технологических параметров сварочного процесса, приводящее к увеличению градиента температуры при перемещении поры в сварном шве, будет приводить к отклонению ее формы от сферической.
Библиографические ссылки
1. Зусин В. Я., Серенко В. А. Сварка и наплавка алюминия и его сплавов. Мариуполь : Рената, 2004. 468 с.
2. Legait P-A. Formation and distribution of porosity in Al-Si welds // A thesis submitted to the faculty of the Worcester polytechnic institute in partial fulfillment of
the requirements for the degree of masters of science in material science and engineering, May 2005.
3. Plasma - MJY boots tank trailer output. Welding Design and Fabrication. 1983. Vol. 56, N 2. P. 54-55, 59.
4. Николаев В. А., Фридляндер И. Н., Арбузов Ю. П. Свариваемые алюминиевые сплавы. М. : Металлургия, 1990. 296 с.
5. Оура К., Лифшиц В. Г., Саранин А. А. Введение в физику поверхности. М. : Наука, 2006. 490 с.
References
1. Zusin V. Ya., Serenko V. A. Svarka I naplavka aluminiya I ego splavov [Welding and melting of aluminum and its alloys]. Mariupol : izd-vo "Renata", 2004. 468 p.
2. Legait P-A. Formation and distribution of porosity in Al-Si welds // A thesis submitted to the faculty of the Worcester polytechnic institute in partial fulfillment of the requirements for the degree of masters of science in material science and engineering, May 2005.
3. Plasma - MJY boots tank trailer output. Welding Design and Fabrication, 1983, Vol. 56, N 2. P. 54-55, 59.
4. Nikolaev V. A., Frilyander I. N., Arbuzov Yu. P. Svarivaemye alyuminievye splavy [weldable aluminum alloys]. M. : Metallurgiya, 1990. 296 p.
5. Oura K., Lifshits V. G., Saranin A. A. Vvedenie v fiziku poverhnosti [Introduction to the surface's physics]. М. : Nauka, 2006. 490 p.
© Орешенко Т. Г., Орешенко П. Ю., 2015
УДК 672.11
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МОДИФИЦИРОВАНИЯ И МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ 20ГЛ НА ЕЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И МИКРОСТРУКТУРУ
А. А. Романова, А. В. Павлов, И. В. Немцев, Л. И. Квеглис
Сибирский федеральный университет Российская Федерация, 660041, г. Красноярск, просп. Свободный, 79 E-mail: [email protected]
Повышение механических свойств литых деталей позволяет в настоящее время получать путем литья такие ответственные детали, как коленчатые валы двигателей, рамные крепления локомотивов, детали автомашин, лопатки турбин, зубчатые колеса редукторов и др. В результате совершенствования современных методов литья отливки из новых труднообрабатываемых сплавов находят применение в ракетостроении, радиоэлектронике, приборостроении, авиации и других отраслях. Дальнейшее развитие химического машиностроения также требует расширения производства отливок из жаропрочных и стойких к коррозии сплавов.
Ключевые слова: вакуумно-пленочная формовка, микролегирование, модифицирование, десульфурирование.
STUDY OF STEEL MODIFYING AND MICROALLOYING 20GL AND ITS MECHANICAL
PROPERTIES AND MICROSTRUCTURE
A. A. Romanova, A. V. Pavlov, I. V. Nemtcev, L. I. Kveglis
Siberian Federal University
79, Svobodny Av., Krasnoyarsk, 660041, Russian Federation E-mail: [email protected]
Improving the mechanical properties of cast parts allows currently to produce them by casting such important details as crankshafts engine frame mounting locomotives, parts of cars, turbine blades, gears gearboxes, etc.. As a result, the improvement of modern methods of casting new hard-alloys are used in rocketry, electronics,
instrumentation, aviation and other industries. Further development of chemical engineering also requires the expansion ofproduction of castings made of heat-resistant and corrosion resistant alloys.
Keywords: vacuum-film forming, microalloying, modification, desulfurization.
Введение. Сегодня в Республике Казахстан запасные части для подвижного состава железных дорог поставляются в недостаточном количестве, отечественное производство не налажено.
Особенно остро в обеспечении «вагонокомплекта» литья стоит вопрос о балке надрессорной и раме боковой. Комплект литья, состоящий из двух рам боковых и балки надрессорной, используется как для ремонта железнодорожных тележек, так и для изготовления грузового подвижного состава.
Реализация проекта реконструкции вагонолитей-ного цеха № 10 АО «Востокмашзавода» г. Усть-Каменогорск с использованием вакуумно-пленочной формовки позволило начать производство стального литья для строительства и ремонта железнодорожного подвижного состава (рама боковая, балка надрессор-ная). Указанный проект соответствует Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан, утверждённой Указом Президента Республики Казахстан [1].
Целью работы является определение влияния микролегирования и модифицирования на формирование неоднородностей на кривой нагружения образцов из тела отливки.
Исследования, проведенные в данной работе, являются частью разработки технологических методов изготовления стальных отливок из стали 20ГЛ для железнодорожного транспорта, обеспечивающих значение её ударной вязкости КСИ-60 не менее 24,5 Дж/см2 и КСУ-60 не менее 16,7 Дж/см2, ГОСТ 9454.
При применении модифицирования стали 20 ГЛ лигатурой КЦеЖ и соблюдении в ней указанного содержания С, Мп, А1 будут обеспечиваться свойства после нормализации, близкие к верхнему пределу ТУ. Модифицирование стали 20ГЛ производилось модификатором, содержащим около 20 % А1 и 3-5 % Са, что затрудняет его использование совместно с рас-кислителями А1 и Са81, которые вводятся также в ковш по заводской технологии, в связи с чем следует использовать модификатор с РЗЭ и пониженным содержанием А1.
Статические испытания на растяжение проводили при комнатной температуре на машине одноосного статического нагружения типа <^А"^600С» со скоростью не более 0,5 мм/мин с записью диаграмм растяжения и фиксированием текущей и максимальной силы растяжения с точностью 1 Н. Перемещение фиксировали через 0,1 с с точностью 0,01 мм. в соответствии с ГОСТ 1497-87. Испытания заключались в одноосном статическом растяжении цилиндрических образцов диаметром 10 мм до разрыва с измерением физического предела текучести, временного сопротивления, относительного равномерного удлинения и сужения. Испытательное оборудование и средства измерений соответствовали ГОСТ 1497-87.
На рис. 1 приведена кривая растяжения образца стали 20ГЛ, на которой после «зуба текучести» видно
увеличение временного сопротивления, а также скач-кообразнвй вид кривой в зоне упрочнения.
Frnl
\
* ;
/
........\.........;.........\........\.........
: : : :
0.335 20.335 40.335 60.335 30.335 100.335 120.335 140.335 160.335
Рис. 1. Кривая нагружения образца стали 20ГЛ
Несмотря на постоянство скорости движения захвата машины, с увеличением степени деформации происходит плавное снижение ее скорости, свидетельствующее об упрочнении. Таким образом, наблюдается эффект аномального повышения истинных напряжений течения в предразрушительном этапе деформации. В данном случае зависимость напряжение-деформация имеет характер, описанный в работе [2], где показано, что существует критический поток энергии, при котором система скачкообразно меняет зависимость поглощения энергии от величины внешнего воздействия. Максимумам на кривой на-гружения соответствуют изменения внутренней энергии вещества, в результате чего происходит самоупрочнение стали 20ГЛ в процессе нагружения [3]. Фрактограммы изломов получали на растровом электронном микроскопе с микроанализатором Hitachi ТМ3000. Был получен свежий излом образца стали, после чего он был помещен на предметный стол микроскопа. Изображение поверхности излома образца стали 20ГЛ приведено на рис. 2. Между зернами можно видеть темные границы. Распределение их неравномерно по объему материала, и предположительно они были опознаны как соединения серы с компонентами сплава (FeS, MnS). Для уточнения состава использовали санирующий электронный микроскоп в режиме микроанализа.
На рис. 3 приведены фотографии излома образца стали 20ГЛ полученные с растрового электронного микроскопа в режиме картирования ТМ3000. При кристаллизации стали включения сульфида железа, сульфида марганца и оксисульфидов выделяются в жидком виде. Исследование образцов на рентгеновском микроанализаторе подтвердило неравномерное распределение по объему образца марганца и ассоциированной с ним серы.
Неметаллические включения в виде тонких пленок располагаются на границе зерен литого металла, занимая большую площадь.
Решетнееские чтения. 2015
Рис. 2. Растровая фотография микроструктуры образца стали 20ГЛ
Рис. 3. Картирование изображения в лучах характеристического рентгеновского излучения серы (слева) и марганца (справа)
При температуре более 1 000 °С (температура красного каления) эти включения находятся в жидком или пластичном состоянии, что приводит к повышению жидкотекучести, но вместе с тем вызывает красноломкость стали [4]. В локализованных областях обнаружены капсулы размером порядка десятых долей миллиметра и менее, содержащие марганец и серу. Капсула представляет собой гладкую полость, на дне которой находится частица сульфида марганца. Поскольку сульфиды находятся в межзеренных областях, они влияют также на процессы структурно-фазовых превращений [5], это необходимо учитывать и стремиться к наилучшему десульфурированию при плавке.
Выводы:
1. Исследование структуры и кривой нагружения стали 20ГЛ показали, что неоднородности на кривой связаны с различными механизмами пластической деформации.
2. Различные механизмы пластической деформации обусловлены наличием различных фаз, расположенных неоднородно по всему объему образца, а также присутствием соединений серы (MnS и FeS) на границах зерен.
Библиографические ссылки
1. Бизнес-план. Завершение реконструкции и запуск производства вагонного литья цеха № 10. г. Усть-Каменогорск, 2011.
2. Панин В. Е., Егорушкин В. Е. Солитоны кривизны как обобщенные волновые структурные носители пластической деформации и разрушения // Физическая мезомеханика. 2014. № 16 (3). С. 7-26.
3. Lemaitre A., Carlson J. Boundary lubrication with a glassy interface // Physical Review E 69, 061611. 2004.
4. Лукоянова С. В., Леонович Б. И., Дильдин А. Н. и др. Термодинамический анализ системы железо-сера.
5. Мануев М. С. Исследование микролегирования, модифицирования и термической обработки на
ударную вязкость стали 20 ГЛ при низких температурах для отливок железнодорожного транспорта.
References
1. Business Plan. Completion of the reconstruction and launch of production of car casting shop № 10, Ust-Kamenogorsk, 2011.
2. Panin V. E., Egorushkin V. E. Solitons of curvature as generalized wave structure supports plastic deformation and fracture // Fiz. 2014. № 16 (3). р. 7-26.
3. Lemaitre A., Carlson J. Boundary lubrication with a glassy interface // Physical Review E 69, 061611 (2004).
4. Lukoyanova S. V., Leonovich B. I., Dildin A. N. et al. Thermodynamic analysis of the iron-sulfur.
5. Manuev M. S. Research microalloying, modification and heat treatment on the toughness of the steel 20 GL at low temperatures for castings railway transportation.
© Романова А. А., Павлов А. В., Немцев И. В., Квеглис Л. И., 2015
УДК 658
РОЛЬ ЕДИНОГО КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИНФОРМАЦИОННОГО ПРОСТРАНСТВА ПРИ СОЗДАНИИ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
А. В. Рябченко
АО «Красноярский машиностроительный завод» Российская Федерация, 660014, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 29
E-mail: [email protected].
Укрепление конкурентных позиций ракетно-космической промышленности является одной из приоритетных задач, стоящих перед отраслью. Формирование на основе конструктивных и технологических особенностей создаваемой ракетно-космической техники единого информационного пространства является одним из условий решения этой задачи.
Ключевые слова: ракетно-космическая промышленность, ракетно-космическая техника, единое конструк-торско-технологическое информационное пространство.
ROLE OF UNIFORM DESIGN-TECHNOLOGY INFORMATION SPACE AT CREATION OF THE MISSILE AND SPACE EQUIPMENT
А. V. Ryabchenko
JSC "Krasnoyarsk Machine Building Plant" 29, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660014, Russian Federation. Е-mail: [email protected]
Strengthening of competitive positions of the space-rocket industry is one of the priority tasks facing the branch. Formation on the basis of design and technological features of the created missile and space equipment of a common information space is one of conditions for the solution of this task
Keywords: space-rocket industry, missile and space equipment, uniform design-technology information space.
Приоритетными направлениями для отрасли и Объединенной ракетно-космической корпорации согласно Указу Президента РФ «О системе управления ракетно-космической отраслью» являются: обеспечение разработки, производства, испытаний, поставки, модернизации, реализации, сопровождения эксплуатации, гарантийного и сервисного обслуживания, ремонта ракетно-космической техники (что соответствует жизненному циклу техники) военного, двойного, научного и социально-экономического назначения в интересах государственных и иных заказчиков, включая иностранных, и оказание услуг в области космической деятельности, а также проведение единой технической политики при создании современной космической техники.
Это задает интегрированным структурам целевую ориентацию на создание ракетно-космической техники повышенной надежности согласно специализации той или иной корпорации по выпуску определенных изделий, т. е. управление жизненным циклом PLM (Product lifecycle Management) изделий ракетно-космической техники.
Необходимость внедрения CALS/ PLM-техно-логий в ракетно-космической промышленности имеет целый ряд причин прикладного характера:
- построение работы научно-технической структуры на базе современных и постоянно совершенствующихся систем автоматического проектирования;
- включение в производственно-технологическую структуру комплекса оборудования с числовым программным управлением;
- заинтересованность интегрированных структур в эффективном применении и эксплуатации ракетно-космической техники в организациях заказчика;
- осуществление деятельности на международном космическом рынке, которая требует сопровождения продукта, и т. д.
В [1] приведены параметры оценки эффективности CALS/ PLM-технологий: сокращение затрат на проектирование на 10 %; сокращение затрат на подготовку технической документации до 40 %; сокращение затрат на разработку эксплуатационной документации до 30 %; сокращение времени разработки изделий на 40-60 %.
