CC BY
36
УДК 539.5
ИЗМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ БЕЙНИТНОЙ СТАЛИ ПРИ ОТПУСКЕ
Я.А. Стаханова, А.В. Кутузова, А.Д. Гусев
Проведены эксперименты для выявления характера изменения механических свойств низкоуглеродистой бейнитной стали при отпуске с различным временем выдержки при различных температурах. Приведены результаты замеров твердости образцов после произведенного отпуска.
Ключевые слова: механические свойства, бейнитная сталь, отпуск, закалка, термическая обработка, твердость.
Низкоуглеродистые низколегированные стали широко используются в машиностроении, особенно, для производства трубопроводов, где при отсутствии оптимальных механических свойств, детали часто подвергаются разрушению.
Требуемые физико-механические свойства можно достичь, используя термическую обработку, в частности отпуск [1,2]. Отпуск - это вид термообработки металлов, который применяется для деталей после закалки с полиморфным превращением, с целью получения более высоких показателей пластичности, снижения хрупкости при сохранении прочности и твердости. Отпуск является весьма распространенным видом обработки металлов температурой, в связи с чем, исследование данного процесса является актуальным.
Целью данной работы является исследование влияния температуры и времени выдержки при отпуске на механические свойства бейнитной стали [3] 05Г2МФБ.
За методы исследования были выбраны термический и дюраметрический.
В качестве образцов для проведения эксперимента послужили образцы с габаритными размерами 15 х 15 х 15 мм, вырезанные из плиты. Материал образцов - сталь 05Г2МФБ.
Химический состав стали [4]: 0,057 % С; 1,77 % Mn; 0,30 % Cu; 0,22 % Si; 0,22 % Ni; 0,10 % Mo; 0,07 % Cr; 0,056 % Nb; 0,030 % V; 0,027 % Ti; 0,0044 % S; 0,014 % P.
Термическая обработка проводилась в модернизированных электрических печах СНОЛ и СШОЛ (фирмы МИУС). Измерение твердости осуществлялось на твердомере ТК-2М.
Перед закалкой образцы подвергались нормализации, с целью получения равновесной структуры. Закалку на структуру зернистой морфологии осуществляли при непрерывном охлаждении в мыльной воде.
Последующий отпуск с кратным повышением температуры проводили в температурном диапазоне от 250°С до 650°С. Длительность отпуска была различна и находилась в интервале от 10 до 120 минут. Твердость после закалки составляла HRB от 91 до 95, твердость после отпуска при различных температурах представлена на рис. 1.
При нагревании изменение твердости [5] образцов происходит при температуре выше 250 °С (рис. 1). Существенные изменения протекают в температурном диапазоне от 350 °С до 650 °С.
При нагреве выше 350 °С твердость начинает незначительно повышаться, при температуре 500 °С достигает своего максимума. Это связано с выделением карбидов тугоплавких элементов Mo, V. Далее при 650 °С твёрдость плавно снижается до HRB 85.
Проведены исследования по влиянию времени выдержки на твердость образцов при различных температурах отпуска (рис. 2 - 6).
450 500 550 Температура, °С
650
Рис. 1. График изменения твёрдости при повышении температуры отпуска
Отпуск, температура - 350°С
86
со
| 85 £ 84
и
3 83 8 82
н 15 20 25 30 35 40 Время выдержки, мин
Рис. 2. График изменения твердости стали от времени выдержки при температуре отпуска 350°С
При нагреве в течение 30 минут, твёрдость стали повышается, что предположительно связано с распадом остаточного аустенита и выделением К. На графике (рис. 2) существенные превращения в стали 05Г2МФБ происходят на 30 минуте, из-за начала процесса распада бейнитной структуры.
Отпуск, температура - 400°С
20
30 40 50
Время выдержки, мин
60
Рис. 3. График изменения твердости стали от времени выдержки при температуре отпуска 400°С
При температуре отпуска 400 0С, имеет место распад А и выделение спецкарбидов. Понижение твёрдости после выдержки более 40 минут может быть связана с коагуляцией К. Помимо этого также продолжается распад бейнитной структуры, особенно это наблюдается на 40 минуте.
Отпуск, температура - 450°С
45 60 75 90 Время выдержки, мин
105 120
Рис. 4. График изменения твердости стали от времени выдержки при температуре отпуска 450°С
Основные превращения при высоком отпуске 450оС происходят, когда время выдержки достигает 60 минут, тогда происходит наибольший распад бейнитной структуры, об этом свидетельствует последующее снижение твердости.
Отпуск, температура - 500°С
5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Время выдержки, мин
Рис. 5. График изменения твердости стали от времени выдержки при температуре отпуска 500°С
Когда температура отпуска достигает 500ОС, на графике можно наблюдать первые отчетливые изменения твердости на 15 мин, а после и на 30 минуте, что свидетельствует о выделении тугоплавких карбидов Мо, V.
Отпуск, температура - 650°С
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Время выдержки, мин
60
Рис. 6. График изменения твердости стали от времени выдержки при температуре отпуска 650°С
5
Когда же температура отпуска становится 650оС, время, за которое происходят основные превращения в стали 05Г2МФБ, составляет всего 10 минут, после чего заканчивается выделение тугоплавких карбидов Мо, V, что можно наблюдать на графике (рис. 6) в виде понижения твердости.
Основываясь на полученных данных, было выявлено, в какое время и при какой температуре происходят существенные превращения в стали 05Г2МФБ (рис. 7).
Время, необходимое для выделения карбидов при различных температурах
350 400 450 500 550 600 650
Температура, °C
Рис. 7. Время выдержки, при которой происходят основные превращения в стали 05Г2МФБ, для разных температур отпуска
Время, необходимое для основных превращений в бейнитной структуре при среднем отпуске 350.. .450 оС составляет 60 минут, а при температуре 500.. .600 оС снижается до 15 и 10 минут.
Выводы.
Для получения наиболее оптимальных механических свойств бейнитной стали 05Г2МФБ, отпуск необходимо производить при температуре близкой к 500°С и времени выдержки 15 минут. Таким образом, в стали успевают произойти основные превращения и тугоплавкие карбиды Mo и V обеспечат нужные свойства. К тому же 15 минут является наиболее оптимальными временными затратами для больших партий изделий.
Полученные результаты в ходе проведенных экспериментов могут быть использованы для улучшения технологии термообработки низкоуглеродистых бейнитных сталей.
Список литературы
1. Смирнов М.А., Счастливцев В.М., Журавлев Л.Г. Основы термической обработки стали: Учебное пособие. Екатеринбург: УрО РАН, 1999. 495 с.
2. Oberg E. Heat-Treatment of Steel: A Comprehensive Treatise on the Hardening, Tempering, Annealing and Casehardening of Various Kinds of Steel, Including Furnaces and on Hardness Testing. Owen Pres, 2016. 294 с.
3. Павлов В.В., Годик Л. А., Корнева Л.В., Козырев Н.А., Кузнецов Е.П. Железнодорожные рельсы из бейнитной стали // Наука техника производство. 2007. №4. С. 51-53.
4. Марочник сталей и сплавов / М.М. Колосков, Е.Т. Долбенко, Ю.В. Каширский и др.; Под ред. А.С. Зубченко. М.: Машиностроение, 2001. 672 с.
5. Материаловедение и технология конструкционных материалов: учебник для технических специальностей вузов / О.С. Комаров [и др.]; под общ. ред. О.С. Комарова. 3-е изд., испр. и доп. Минск: Новое знание, 2009. 670 с.
626
Стаханова Яна Александровна, студентка, tsngs1is@,gmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кутузова Анна Владиславовна, студентка, tsngsIisagmail. com, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Гусев Андрей Дмитриевич, студент, tsngs1is@,gmail.com, Россия, Тула, Тульский государственный университет.
CHANGES IN MECHANICAL PROPERTIES OF LOW-CARBON BINNITE STEEL DURING TEMPERING
I.A. Stakhanova, A. V. Kutuzova, A.D. Gusev
Experiments were conducted to identify the nature of changes in the mechanical properties of low-carbon bainitic steel during tempering with various holding times at different temperatures. The results of measurements of the hardness of the samples after the produced holiday are given.
Key words: mechanical properties, bainitic steel, tempering, hardening, heat treatment, hardness.
Stakhanova Iana Aleksandrovna, student, tsngs1is@,gmail.com, Russia, Tula, Tula State University,
Kutuzova Anna Vladislavovna, student, tsngs I isa gmail. com, Russia, Tula, Tula State University,
Gusev Andrei Dmitrievich, student, tsngs1is@,gmail. com, Russia, Tula, Tula State University
УДК 331.45; 621.9
ПОВЫШЕНИЕ И АНАЛИЗ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА В ПРОЦЕССАХ ЗАГОТОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ
А.Е. Коряков, А. А. Шишкина, П. А. Шишкина
Рассмотрены и проанализированы основные технические средства для снижения и устранения опасных факторов в заготовительных процессах машиностроения, а именно в обработке металлов давлением. Приведены патенты, увеличивающие безопасность на производстве.
Ключевые слова: заготовительное производство, обработка металлов давлением, литье, безопасность, техника безопасности, машиностроение.
Согласно статистике международной организации труда, каждую секунду в мире получает травму не менее четырех работников [1]. Если рассматривать только обрабатывающее производство, то оно находится в числе первых по количеству травм и несчастных случаев. Их число за 2005 год составило около 29 тысяч, в последствие этот показатель ежегодно снижался, и уже в 2014 составлял 11,8 тысячи (рис. 1). В основном, это произошло за счет модернизации производств, улучшения технических средств безопасности, роботизации, автоматизации и более строгого соблюдения техники безопасности и охраны труда.
