CC BY
2
Рисунок 3 - Контурный график зависимости стоимости ЦНС (тыс. руб.) от номинального напора и подачи
Литература
1. Ye T., Weijian Zh., Xingyi Zh., Yaochu Jin A practical tutorial on solving optimization problems via PlatEMO. - Neurocomputing, Volume 518, 21 January 2023, Pages 190-205, https://doi.org/10.1016/j.neu-com.2022.10.075.
2. González-Palacios M.A., Ayala-Hernán-dez J.E., Aguilera-Cortés L.A. On the solution of optimization problems. An interactive graphical approach. -
Journal of applied research and technology. - vol.16 no.5 Ciudad de México oct. 2018.
3. Villegas J. L., Castro E., Gutiérrez J. Representations in problem solving: A case study with optimization problems. - Electronic Journal of Research in Educational Psychology , №17, v.7(1). - 2009. Pp. 279-308.
4. X. Li, Z. Zhu, Yi Li, X. Chen Experimental and numerical investigations of head-flow curve instability of a single-stage centrifugal pump with volute casing. -Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers Part A Journal of Power and Energy. - 230(7), 2016. -pp. 1-15. DOI: 10.1177/0957650916663326.
5. Наумов В.А. Определение оптимального диаметра трубопровода локальной системы водоснабжения с учетом нагрузочных характеристик и затрат на центробежный насос // Региональная архитектура и строительство. - 2022. - № 2(47). - С. 153-160.
6. Многоступенчатые секционные насосы ЦНС [Электронный ресурс]. URL: https://www.a-a-a.ru/na-sos/sekcion-pr.html (дата обращения: 11.09.2023).
7. Великанов Н.Л., Наумов В.А., Примак Л.В. Обобщенные характеристики канализационных насосов высокой производительности // Механизация строительства. - 2017. - Т. 78, № 10. - С. 32-36.
УДК 539.424:539.534.9 МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ ОТРИЦАТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУРАХ МАРТЕНСИТНОСТАРЕЮЩЕЙ СТАЛИ ЧС4-ВИ В ЗАКАЛЕННОМ
СОСТОЯНИИ
В.Ф. Шишов1
АО «Центральный научно-исследовательский институт материалов» им. Д.И. Менделеева,
Россия, 191014, г. Санкт-Петербург, ул. Парадная, д. 8.
Исследовано влияние температуры испытания на механические свойства мартенситностареющей стали ЧС4-ВИ в закаленном состоянии. Показано, что исследованная сталь с пределом текучести равном 951 Н/мм2 (97 кгс/мм2) обладает высокой пластичностью и вязкостью, а также малой чувствительностью к концентраторам напряжений при температурах испытания от плюс 20 оС до минус 196 оС.
Ключевые слова: Мартенсит, сталь, прочность, пластичность, вязкость, надрез, трещина, температура.
MECHANICAL PROPERTIES AT NEGATIVE TEMPERATURES OF MARTENSITIC AGING STEEL
CHS4-VI IN A HARDENED STATE.
V.F. Shishov
D.I. Mendeleev Central Research Institute of Materials JSC, Russia, 191014, St. Petersburg, st. Front, 8.
The influence of the test temperature on the mechanical properties of the martensitic-aging steel CHS4-VI in the hardened state is investigated. It is shown that the studied steel with a yield strength of 951 N/mm2 (97 kgf/mm2) has high ductility and viscosity, as well as low sensitivity to stress concentrators at test temperatures from plus 20 oC to minus 196 oC.
Keywords: martensite, steel, strength, ductility, viscosity, incision, crack, temperature.
1 Шишов Владимир Федорович - кандидат технических наук, начальник лаборатории высокопрочной конструк-
ционной стали тел. (812) 274-46-31, e-mail: [email protected].
Мартенситностареющие стали являются перспективными конструкционными материалами для изготовления изделий, работающих при отрицательных температурах [1 - 4].
Основным преимуществом безуглеродистых мартенситностареющих сталей является их необычно высокая вязкость разрушения, в том числе, и при отрицательных температурах, что определяется прежде всего свойствами матрицы -железоникелевого мартенсита с содержанием 12 - 18% никеля. Такой мартенсит в отличие от мартенсита, содержащего углерод в твердом растворе, имеет сравнительно низкую прочность, высокую пластичность и вязкость, а также низкий коэффициент упрочнения при холодной пластической деформации.
В настоящей статье представлены данные о влиянии температуры испытания от плюс 20 °С до минус 196 °С на изменение прочности, пластичности, ударной вязкости и сопротивления концентрации напряжений стали ЧС4-ВИ в закаленном состоянии без последующего старения, когда эта сталь имеет наибольшую пластичность и наибольшую вязкость.
Сталь ЧС4-ВИ (типа Н18К9М5Т) была выплавлена в промышленной вакуумной индукционной печи. Образцы изготавливались из кованых прутков сечением 14x14 мм.
Температура ковки - 1100 - 850 °С. Охлаждение прутков после ковки и при закалке от 820 °С 1 час происходило на воздухе.
В закаленном состоянии исследованная сталь имела практически полностью мартенсит-ную структуру. По данным рентгеноструктурного анализа содержание у - фазы не превышало 3 %.
Таблица 1 - Механические свойства стали ЧС4-ВИ в закаленном состоянии при отрицательных
температурах
Механические свойства при растяжении определяли на цилиндрических пятикратных образцах диаметром 5 мм. Чувствительность к надрезу определяли при испытании на растяжение цилиндрических образцов диаметром 7 мм с кольцевым надрезом (глубина надреза - 1 мм, радиус в вершине надреза - 0,1 мм, угол раскрытия - 60 градусов). Чувствительность исследованной стали к действию концентрации напряжений оценивали по значению временного сопротивления надрезанных образцов и величине коэффициента
сн /
чувствительности к надрезу а = в / а [ 5 ]. Ударную вязкость определяли при испытании образцов, изготовленных по ГОСТ.
Механические свойства стали ЧС4-ВИ в закаленном состоянии при испытании на статическое растяжение и динамический изгиб в интервале температур от плюс 20 °С до минус 196 °С приведены в таблице1 . Из данных этой таблицы следует, что с понижением температуры испытания предел текучести и временное сопротивление закаленной стали ЧС4-ВИ значительно повышаются. Так при температурах испытания минус 60 °С, минус 100 °С и минус 196 °С эти прочностные характеристики увеличиваются в среднем на 147, 196 и 490 Н/мм2 (15,20 и 50 кгс/мм2) соответственно. Для сравнения можно отметить, что применяемые в криогенном машиностроении низкоуглеродистые никельсодержащие стали 0Н6 и 0Н9, например, при температуре минус 196 °С упрочняются только на 274 - 372 Н/мм2 (28 - 38 кгс/мм2) [6].
Режим закалки Температура испытаний О0,2 ив / а в КС и КСУ кст
°С Н/мм2(кгс/мм2) % Н/мм2 (кгс/мм2) - Дж/см2 (кгс-м/см2)
820 °С, 1 час, воздух + 20 951 (97) 1078 (ПО) 15,2 2,8 77 1695 (173) 1,57 269,7 (27,5) 228,5 (23,3) 215,7 (22,0)
-60 1098 (П2) 1245 (127) 16,0 3,5 76 1921 (196) 1,54 189,3 (19,3) 171,6 (17,5) 120,6 (12,3)
- 100 1117 (П4) 1274 (130) 16,4 3,6 76 1940 (198) 1,54 168,5 (17,2) 150,0 (15,3) 79,4 (8,1)
- 196 1431 (146) 1578 (161) 18,3 5,7 73 2401 (245) 1,52 98,1 (10,0) 87,3 (8,9) 43,1 (4,4)
46
СПбГЭУ
Предел текучести и временное сопротивление исследованной стали с понижением температуры испытания увеличиваются практически одинаково. Отсутствие опережающего увеличения временного сопротивления по сравнению с пределом текучести при отрицательных температурах испытания свидетельствует о том, что при низкотемпературной деформации закаленной стали ЧС4-ВИ не происходит превращения остаточного аустенита в мартенсит. Следовательно, большое упрочнение закаленной стали ЧС4-ВИ с понижением температуры не связано с фазовым превращением в процессе испытания на растяжение при низких температурах.
С понижением температуры испытания полное относительное удлинение стали увеличивается за счет увеличения равномерной составляющей. Равномерное удлинение закаленной стали ЧС4-ВИ при комнатной температуре относительно небольшое - 2,5...3,0 %. Поэтому при понижении температуры испытания до -196° С полное относительное удлинение этой стали увеличивается сравнительно мало (с 15,2 % до 18,3 %).
Относительное сужение закаленной стали ЧС4-ВИ при понижении температуры испытания до -196 °С уменьшается менее чем на 10 %.
При испытании на растяжение образцов с кольцевым надрезом временное сопротивление -о"1 закаленной стали ЧС4-ВИ повышается с понижением температуры и достигает наибольшего значения при температуре минус 196 °С. При
о"/
этом отношение " /ав при всех температурах ис-
пытания больше 1,5, что указывает на малую чувствительность закаленной стали ЧС4-ВИ к концентрации напряжений при одноосном растяжении.
Интенсивность уменьшения ударной вязкости исследованной стали с понижением температуры при испытании образцов с круглым и с острым надрезом практически одинаковая, а в случае испытания образцов с усталостной трещиной примерно в 1,5-2 раза большая. Ударная вязкость закаленной стали ЧС4-ВИ при температуре
жидкого азота высокая: КСи =98,1 Дж/см2 (10 кгс-м/см2), КСУ = 87,3 Дж/см2 (8,9кгс-м/см2), КСТ =43,1 Дж/см2 (4,4 кгс-м/см2), что указывает на высокую хладостойкость этой стали.
При температурах испытания от плюс 20 °С до минус 196 °С макрорельеф поверхности излома ударных образцов с круглым и острым надрезом и с трещиной вязкий, матовый, что наглядно свидетельствует об осуществлении интенсивной локальной пластической деформации металла в процессе разрушения.
Вывод
1 Мартенситностареющая сталь ЧС4-ВИ в закаленном состоянии с пределом текучести равном 951 Н/мм2 (97кгс/мм2) при комнатной температуре обладает большим запасом пластичности и вязкости и высоким сопротивлением концентрации напряжений при растяжении и при динамическом изгибе в интервале температур испытания от плюс 20 °С до минус 196 °С (при минус 196 °С: у
= 73 %; СТ"Н/СТв = 1,52; КСТ = 43,1 Дж/см2 (4,4кгс-м/см2).
Литература
1. Перкас М.Д. Структура и свойства высокопрочных сталей со стареющим мартенситом. МиТОМ, 1970, №7,с 12-24.
2. Перкас М.Д., Кардонский В.М. Высокопрочные мартенситностареющие стали. М. «Металлургия», 1970, 224 с.
3. Перкас М.Д., Структура, свойства и область применения высокопрочных мартенситностареющих сталей. МиТОМ, 1985, №5, с 23-33.
4. Солнцев Ю.П., Викулин А.В. Прочность и разрушение хладостойких сталей. «Металлургия» 1995, 256 с.
5. Лебедев Д.В. ,Овсянников Б.М. Конструктивная надежность сталей и сплавов при низких температурах. МиТОМ, 1968, №7, с 74-79.
6. Ульянин Е.А., Фаткина А.М. Исследование сталей 0Н6А и 0Н9А для работы до - 196°С. МиТОМ, 1967, № 6, с 37- 41.
