CC BY
53
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
11. Malinov L.S. Ways of heat treatment of steels with heating in the intercritical temperature interval of temperatures (ITI) to improve their mechanical properties / L.S. Malinov, O.A. Vasenko,
D.V Malinova // Metal and casting of Ukraine. - 2012. - №1. - C. 18-22. (Rus.)
12. Dyachenko S.S. Features structures incomplete recrystallization of their influence on the properties of steel / S.S. Dyachenko, O.P. Fomenko // Metals and heat treatment of metals. - 1970. -№1. - P. 9-11. (Rus.)
Рецензент: А.И. Троцан
д-р техн. наук, проф. ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 05.07.2013
УДК 669.112.227.346.2
Чейлях Я.А.1, Чейлях А.П.2, Кривенко О.В.3, Шейченко Г.В.4
МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ЛЕГИРУЮЩИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ТОЧКУ Мн И ФАЗОВЫЙ СОСТАВ НАПЛАВЛЕННЫХ Fe-Cr-Mn МЕТАСТАБИЛЬНЫХ СТАЛЕЙ
Выполнен анализ влияния легирующих элементов (Cr, Mn, Si, C) на положение т. Мн в сталях системы легирования Fe-Cr-Mn. Разработана физико-математическая модель их влияния на точку Мн, получаемый фазовый состав и метастабильность аустенита, от которых зависит развитие деформационного мартенситного превращения при испытаниях и свойства наплавленного металла и сталей аустенитного, аустенитно-мартенситного и мартенситно-аустенитного классов.
Ключевые слова: модель, легирование, аустенит, мартенсит, точка Мн, метастабильность, фазовый состав.
Чейлях Я.О., Чейлях О.П., Кривенко О.В., Шейченко Г.В. Моделювання впливу легуючих елементів на точку Мн і фазовий склад наплавлених Fe-Cr-Mn метастабільних сталей. Виконаний аналіз впливу легуючих елементів (Cr, Mn, Si, C) на положення точку Мн в сталях системи легування Fe-Cr-Mn. Розроблена фізико-математична модель їх впливу на т. Мн, отримуваний фазовий склад і метастабі-льність аустеніту, від яких залежить розвиток деформаційного мартенситного перетворення при випробуваннях і властивості наплавленого металу і сталей аустенітного, аустенітно-мартенситного і мартенситно-аустенітного класів.
Ключові слова: модель, легування, аустеніт, мартенсит, точка Мн, метастабіль-ність, фазовий склад.
Ya.O. Cheiliakh, O.P. Cheiliakh, O.V. Krivenko, G.V. Sheichenko. The modeling of influence alloying elements on point Ms and phase composition of surfacing Fe-Cr-Mn metastable steels. The analysis of influence of alloying elements (Cr, Mn, Si, C) is executed on position of point Ms in the steels of the systems alloying Fe-Cr-Mn. The physical-mathematical model of their influence on point Ms, getting of phase composition and metastable of austenite, on which the development deformation induced martensite transformation at tests and properties of surfacing metal and steels of austenitic, austenite-martensite and martensite-austenite classes depends is developed.
Keywords: model, alloying, austenite, martensite, point Ms, metastability, phase composition.
1 канд. техн. наук, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
2 д-р техн. наук, профессор, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
3 канд. техн. наук, доцент, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
4 канд. техн. наук, ПАО «ММК имени Ильича», г. Мариуполь
82
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
Постановка проблемы. Проблема научно-обоснованного экономичного легирования при создании новых функциональных наплавочных материалов, обладающих заданными физико-механическими и эксплуатационными свойствами остается весьма актуальной. Литературные данные о комплексном влиянии легирующих элементов на структуру и свойства наплавленного металла весьма ограниченны [1, 2], обычно имеют частных характер и не учитывают возможность управления метастабильностью структуры для повышения свойств.
Анализ последних исследований и публикаций. Проектирование химического состава новой порошковой наплавочной проволоки должно основываться на планируемом и прогнозируемом фазовом составе, структуре наплавленного ею металла [1] и возможности их регулирования технологическими параметрами наплавки и способами термообработки [3]. Для получения высокого комплекса механических и эксплуатационных свойств и возможности управления их характеристиками необходимо формирование метастабильных структур: мартенситноаустенитной (М-А), аустенитно-мартенситной (А-М) или аустенитной (А), как наиболее перспективных [3] с целью реализации деформационного мартенситного превращения (у^-а') при испытаниях и эксплуатации (ДМПИ). При этом степень метастабильности аустенита в большинстве случаев определяется положением точки Мн и связанной с ней точкой Md [4]. Таким образом, возможность получения в наплавленном металле указанных выше метастабильных структур нужно рассматривать в первую очередь через положение мартенситных точек (Мн, Мк). В работах [5 - 7] приводятся данные по влиянию Cr, Mn, Si, С и др. элементов на критические точки. Однако они относятся к иным системам легирования и имеют частный характер. Задача комплексной оценки влияния элементов на указанные характеристики сталей представляется весьма актуальной.
Цель статьи. Создание физико-математической модели комплексного влияния легирующих элементов на мартенситные точки и получаемый фазовый состав Fe-Cr-Mn наплавленного металла для управления развитием ДМПИ и формированием его свойств.
Изложение основного материала.
1. Анализ степени влияния элементов на точку Мн. Поскольку в качестве основных легирующих элементов в наплавленном металле выбраны недефицитные и недорогие компоненты системы Fe-Cr-Mn: Cr, Mn, Si, целесообразно установить степень влияния каждого из них, а также углерода на положение точек Мн и Мк и возможное формирование фазового состава.
За основу определения положения мартенситной точки Мн и фазового состава наплавленного Fe-Cr-Mn металла взяты экспериментальные графические зависимости точки Мн, количества мартенсита закалки и аустенита от содержания: хрома в пределах 1,92 %...8,37 % (с экстраполяцией до ~10 %) при среднем содержании марганца 6,5 % и углерода ~ 0,3 % в сталях 30Х(2...8)Г6С2Ф; марганца в пределах 0...8 % (с экстраполяцией до ~11,5 %) при содержании углерода ~ 0,1 % и хрома ~ 14 % в сталях 10Х14Г(0.8); кремния в пределах от 0,4 до 1,9 % при 0,17 % С и ~ 14 % Cr, ~ 7 % Mn в высокопрочных хромомарганцевых сталях 17Х13Г7С(0,4...2) (рис. 1) [3]. Учитывались также данные по влиянию углерода, марганца, хрома, кремния на т. Мн и количество Аост по данным фундаментальных работ [5 - 8]. Известные данные по степени влияния легирующих элементов на точку Мн и фазовый состав сталей приведены в таблице 1.
Из них следует, что наиболее сильное влияние на точку Мн оказывает углерод, растворенный в аустените: каждые 0,1 % С снижают Мн на ~50 °С [8]. Аналогично, по-видимому, влияет и азот. Из химических элементов, образующих твердые растворы замещения, наиболее сильно на понижение точки Мн влияет марганец [3 - 6]. Несколько меньшая степень влияния марганца обнаруживается в системе Fe-Cr-Mn (35.40 °С/ % Mn), что связано с присутствием хрома и др. элементов, одновременно содержащихся в твердом растворе [3]. Существенные различия в степени влияния хрома на точку Мн (от 8 до 40 °С/ % Cr) связано с усилением эффекта стабилизации аустенита и снижения точки Мн в присутствии марганца [3]. По известным данным [5, 6] кремний не оказывает влияния на точку Мн, но незначительно увеличивает количество Аост.
Однако по данным работы [3] кремний в Fe-Cr-Mn системе снижает точку Мн и достаточно существенно (40.45 °С/ % Si) (см. табл. 1), что соответствует представлениям и расчетам
М.Е. Блантера [9]. Последнее обусловлено упрочнением аустенита (повышением пределов упругости и текучести) под влиянием кремния, увеличивающим сопротивление росту мартенситных кристаллов и понижающим точку Мн.
83
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
Расчеты основываются на существовании связи фазового состава и прежде всего количества Аост с положением точки Мн [6], имеющей определенную физико-химическую природу, через влияние легирующих элементов на термодинамическую активность а - и у-фаз.
Рис. 1 - Влияние легирующих элементов и углерода на положение мартенситных точек, количество а- и у-фаз в сталях Fe-Cr-Mn системы: а) - 30Х(2...8)Г6С2Ф; б) -10Х14Г(0...8); в) - (10...40)Х13Г7; г) - 10Х13Г7С(0,5...2). В а: 1 - твердость; 2 - т.
Мн; 3 - количество А; количество М-деформации после испытаний: 4 - на кручение; 5 - на растяжение; в б, в, г: критические точки: 1 - Ак; 2 - Ан; 3 - Мн; 4 - Мк [3]
Таблица 1
Влияние легирующих элементов на точку Мн, количество мартенсита и Аост в сталях
Элемент Диапазон содержания, масс. % На точку Мн На количество Аост Источник
характер влияния степень влияния 0С/1 % Л.Э. характер влияния степень влияния %/1 % Л.Э.
Углерод 0..Д4 4 -500 т - [8]
0,5...5 4 -55 т +20 [5]
Марга- 4 -45 т - [6]
нец О 00 4 -(35.40) т +10 [3]
4,5.8 % 4 -16 т +3 [5]
Хром 0.12 % 4 -8 т - [6]
1,92.8,37 % 4 -(40.26) т +(20.2) [3]
Кремний 0,3.2 % 0,4.2 % не влияет 4 -(40.45) т т +4 +6 [5] [3]
Следует отметить, что характер экспериментальных зависимостей точки Мн от содержания хрома и марганца (рис. 1) в исследованных Fe-Cr-Mn сталях аналогичен зависимостям Штейнберга-Зюзина [5, 6], что свидетельствует об адекватности этих результатов.
Степень степень снижения точки Мн, °С на 1 % легирующего элемента под влиянием марганца, хрома и углерода в целом совпадает с ранее полученными данными [5, 6]. Вместе с тем, степень влияния хрома в Fe-Cr-Mn исследованных сталях проявляется сильнее (по нашим данным), что можно объяснить присутствием аустенитообразующего марганца, усиливающего влияние Cr на физико-химическую активность углерода в аустените.
2. Разработка модели влияния элементов на точку Мн и фазовый состав наплавленного металла. За основу моделирования были взяты экспериментальные зависимости точки Мн от
84
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
содержания хрома и марганца (рис. 1, а и б) в сталях 10Х14Г(0...8) и 30Х(2...8)Г6С2Ф [3]. По данным табл. 1 определяли среднюю степень изменения точки Мн (ЛМн, 0С) под влиянием хрома, марганца, кремния и углерода в наплавленных Fe-Cr-Mn сталях (в 0С/1 % легирующего элемента). Исходя из принципа аддитивности влияния легирующих элементов при прочих равных условиях определяли суммарное отклонение точки Мн на основании литературных [3 - 6, 8] и экспериментальных данных по следующей обобщающей формуле СС):
АМн = - 500-АС - 38-AMn - 8ACr - 40ASi, (1)
где АС, AMn, ASi, ACr разница между содержанием легирующего элемента в базовой стали (экспериментальной по данным [3]) и наплавленного металла, %.
По полученной разнице в положении точки Мн (АМн) для сталей с соответствующим содержанием хрома или марганца в базовых системах сталей 30Х(2...8)Г6С2Ф и 10Х14Г(0...8) определялись расчетные значения точки Мн (0С):
ММн(расч.) -Мн(базов.) + AMH. (2)
По данным (рис. 1) построены графические и аналитические зависимости между количеством мартенсита закалки (М), аустенита (А) и точки Мн для систем легирования сталей 30Х(2...10)Г6С2Ф и 10Х14Г(0.. .12) (рис. 2) с экстраполяцией до больших значений содержания хрома (14,0 %) и марганца (11,5 %). Эти кривые, например, при варьировании хрома, наиболее точно аппроксимируются полиномиальной функцией 3-й степени:
М(%) = - 6-10"5(Мн)3 + 0,147(Мн)2 - 0,2236(Мн) + 0,8859;
А(%) = 100 - М(%). (3)
При этом, коэффициент корреляции составил Л2=1,0.
Рис. 2 - Экспериментальные зависимости содержания мартенсита и аустенита в Fe-Cr-Mn сталях от положения точки Мн под влиянием: а) хрома (стали
30Х(2...10)Г6С2Ф); б) марганца (стали 10Х14Г(0...12))
По зависимостям (3) и рис. 2 определяли расчетное содержание М и А в модельных и реально наплавленных Fe-Cr-Mn сталях аналогичной системы легирования. По полученным расчетным данным и рис. 2 построены графические зависимости т. Мн - f(Cr, %); количество аустенита А, % - f(Cr, %); и т. Мн - f(Mn, %); количество аустенита А, % - f(Mn, %) при различных вариациях содержания других элементов (Mn, Cr, Si, C) с экстраполяцией до больших значений содержания хрома (~14 %) и марганца (~12 %), которые приведены на рис. 3 и 4.
С использованием регрессиионного анализа экспериментальных данных и их компьютерной обработки на сталях близкого легирования Fe-0,3%C-(2...8)%Cr-6%Mn-2%Si и Fe-
85
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
0,1%C-14%Cr-(0...8)%Mn построена физико-математическая модель влияния хрома и марганца на точку Мн, которая выражена полиномиальными зависимостями:
MH(Cr) = - a Cr3 +Ь СГ - c Cr + d + ЛМн, (4)
Мн(Мп) = - a (Mn)2 - b (Mn) + c + ЛМн, (5)
где Cr и Mn - содержание элементов в наплавленном металле, масс. %;
a, b, c, d - постоянные коэффициенты, отражающие степень влияния элемента; коэффициенты корреляции для (4) R=0,9999; для (5) R2=0,9975.
а) б)
Рис. 3 - Экспериментальные и расчетные зависимости влияния хрома на положение точки Мн (а) и количество аустенита (б) в Fe-Cr-Mn сталях с различной вариацией легирующих элементов: 1 - экспериментальные стали 30Х(2...8)Г6С2Ф (с экстраполяцией кривых до 14,0 % Cr); модельные: 2 - 20Х(2...14)Г8СФ; 3 -20Х(2...14)Г10СФ; 4 - 10Х(2...14)Г8СФ; 5 - 10Х(2...14)Г10СФ
а)
б)
Рис. 4 - Экспериментальные и расчетные зависимости влияния марганца на положение точки Мн (а) и количество аустенита в Fe-Cr-Mn сталях с различной вариацией легирующих элементов: 1 - экспериментальные стали 10Х14Г(0...8) (с экстраполяцией кривых до 11,5 % Mn); модельные: 2 - 20Х12Г(0...12)СФ; 3 -20Х10Г(0...12)СФ; 4 - 10Х12Г(0...12)СФ; 5 - 10Х10Г(0...12)СФ
C помощью разработанной модели и компьютера рассчитаны значения и построены серии кривых: зависимостей точки Мн при дискретных значениях содержания хрома и марганца (например, 6, 8, 10, 11, 12, 13, 14 %) от изменения содержания другого компонента, которые приведены на рис. 5.
Разработанная физико-математическая модель может использоваться для прогнозирования точки Мн и фазового состава в наплавленном Fe-Cr-Mn металле, а также в сталях полученных иными технологическими приемами (литье, ковка, прокатка) с более широким диапазоном
86
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
содержания легирующих элементов (например, 6.. .14,5 % Cr, 5.. .12 % Mn; 0,3...2,5 % Si) и углерода 0,1...0,4 % с аустенитной, А-М и М-А структурой. И наоборот, по заданному фазовому составу - определять необходимое содержание легирующих элементов и соответствующее положение точки Мн.
Рис. 5 - Результаты расчета положения точки Мн и количества аустенита в Fe-Cr-
Mn наплавленных сталях от содержания хрома при разных концентрациях марганца (от 6 до 12 %) и углерода (от 0,1 до 0,2 %)
3. Анализ адекватности модели влияния легирующих элементов на точку Мн и фазовый состав наплавленных сталей. Количественный анализ формирования фазового состава, структуры и свойств Fe-Cr-Mn наплавленного металла показывает, что при содержании, например, ~ 0,2 % С, 8 % Mn и ~ 1,0 %, Si переход из А-М в аустенитное состояние, характеризуемый понижением т. Мн ниже 20 °С, будет возможен при содержании хрома > 14 %. При 0,2 % С, ~ 10 % Mn; ~1,0 % Si это будет возможно при уже меньшем содержании хрома > 10 % Cr (рис. 3, кривые 2 и 3), что объясняется стабилизирующим аустенит влиянием большего содержания марганца (~10 %). При содержании в наплавленном металле, например, ~ 0,2 % С, 10 % Cr ~ 1,0 % Si стали переходят из А-М состояния в чисто аустенитное при содержании > 10,5 % Mn; (рис. 4, кривые 3). При содержании хрома ~ 12 %; 0,2 % C; ~ 1,0 % Si этот переход будет соответствовать уже несколько меньшему содержанию ~ 7,8...8,0 % Мп (рис. 4, кривые 2), что объясняется стабилизирующим влияением большего содержания хрома (12 %). Соответственно, при меньшем содержании углерода (~ 0,1 % С) и аналогичном содержании хрома 10.12 % и кремния ~ 1,0 % переход из А-М состояния в аустенитное станет возможен уже при несколько
большей концентрации аустенитообразующего марганца —9,5___10 % (рис. 4, кривые 4 и 5).
Следует подчеркнуть, что это справедливо при условии почти полного растворения указанных легирующих компонентов и углерода в аустените (чего обычно и добиваются в условиях аустенитизации при закалке). Если в условиях замедленного охлаждения наплавленного металла или термообработки элементы могут выводиться из у-твердого раствора (например, при формировании карбидов или карбонитридов) их содержание в аустените, соответственно, уменьшается, что вызывает повышение точки Мн и способствует образованию мартенсита закалки наряду с аустенитом даже при достаточно большом (для стабилизации аустенита) содержании
87
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
легирующих элементов. С помощью разработанной модели определены граничные парамиетры легирования наплавленных сталей для получения аустенитного состояния через понижение точкиМн ниже tK0MH.:
- при ~ 0,1 % С; >12,0 % Cr, 9,5.. .10 % Мп, ~1,0 % Si;
- при ~ 0,2 % С; 10.12 % Сг, 8,0...8,5 % Mn; ~ 1,0 % Si.
С увеличением содержания элементов выше этих предельных концентраций, стали становятся чисто аустенитными с различными температурами Мн <20 °С (обычно при отрицательных температурах), а точка Md>tKOMH., что характеризует разную степень метастабильности аустенита [4].
Если принять условно градацию подклассов сталей М-А (>50 % М и <50 % Аост), А-М (<50 % М и >50 % Аост), аустенитного (100 % А), то из анализа рис. 3 б, 4 б видно, что к М - А классу будет отнесены наплавленные стали, содержащие: ~0,1 % С; ~10 % Cr; 1 % Si при <7,0 % Мп, а стали с ~0,2 % С; ~12 % Cr, ~1 % Si - при <5,5 % Мп. Соответственно, аналогично легированные стали (по Cr, C, Si) с содержанием >7 % Мп и >5,5 % Mn, соответственно, будет иметь А - М структуру, а при > 11 % Mn - чисто аустенитную (рис. 4 б).
Конечно, для практических рекомендаций следует превышать эти граничные параметры по содержанию этих легирующих компонентов (Cr, Mn, Si) и углерода, т.к. в производственных условиях трудно гарантировать присутствие рассмотренных легирующих элементов исключительно в аустените, в связи с более вероятным образованием карбидов и карбонитридов при охлаждении наплавки или термической обработке.
С использованием разработанной модели созданы новые экономнолегированные порошковые проволоки 1Ш-Нп-(12...20Х(8...13)Г(6...12)СТАФ, обеспечивающие наплавленный металл заданных структурных классов: 20Х8Г6СТАФ -М-А; 20Х10Г8СТАФ -А-М; 20Х12Г9СТАФ - А - М (А); 12Х13Г12СТАФ - А [10, 11].
Адекватность построенной модели кроме установления основных критериальных показателей (величина достоверности аппроксимации, коэффициент корреляции, среднее квадратическое отклонение, критерий Фишера и др.) была проверена для реально наплавленных сталей системы легирования Fe-Cr-Mn.
Так, стали наплавленные разработанной порошковой проволокой ПП-Нп-20Х12Г10СТАФ [10, 11] в один-два слоя при значительной доле участия основного металла (Ст.3) в формировании наплавленного (N=0,4.. .0,7), получили состав соответствующий марке 20Х8Г6СТФ, которая соответствует кривой 2 на рис. 3 и расчетному содержанию мартенсита закалки ~70 %, остальное Аост. Сталь, наплавленная в 3.5 слоев при меньшей доле участия основного металла (N=0,28.0,34) отвечает составу 20Х(11.12)Г(8,5.9)СФ и соответствует кривой 3 (рис. 3), которые при указанном легировании характеризуются понижением точки Мн ниже 0 °С и формированием чисто аустенитной метастабильной структуры. Эти расчетные данные в целом подтверждается экспериментальными результатами, полученными нами в работе [11] (табл. 2).
Таблица 2
Расчетный и фактический фазовый состав наплавленных Fe-Cr-Mn сталей
Марка стали Содержание фаз, % Источник
расчетное фактическое
мартенсит аустенит мартенсит аустенит
20Х12Г9СФ 0 100 0 100 [10, 11]
20Х8Г6СФ О С-- о 40 30.40 70.75 25.30
20Х10Г7Ф 29 71 32 68 [12]
20Х10Г9Ф 8 92 20 80
20Х13Г7Ф 5 95 5 95
20Х13Г9Ф 0 100 0 100
Стали 20Х10Г7Ф и 20Х10Г9Ф по данным работы [12] реально содержали, соответственно, 68 % и 80 % аустенита (остальное - мартенсит закалки). По расчетам с использованием разработанной модели (рис. 4, кривая 3) они должны были содержать соответственно 70.90 % и 85.90 % аустенита. Наплавленная сталь 20Х13Г7Ф реально содержала 95 % аустенита и 5 %
88
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
мартенсита закалки [12], а в соответствии с расчетами по модели (рис. 4 б, кривая 2) - также ~95 % аустенита и ~5 % мартенсита. Наплавленная сталь 20Х13Г9Ф реально была чисто аустенитной и согласно модели этому составу соответствует также аустенитная структура (рис. 3, кривая 2 и рис. 4, между кривыми 2 и 3), точка Мн<20 0С) (табл. 2). Несколько завышенное количество аустенита в рассчитанных результатах (стали 20Х10Г9Ф и 20Х10Г7Ф) по сравнению с фактическим объясняется большим содержанием кремния в модельных сталях.
Таким образом, построенная модель в полной мере моделирует фазовый состав наплавленных Fe-Cr-Mn сталей, полностью соответствует экспериментальным результатам, что подтверждает ее адекватность реальным процессам формирования состава и структуры наплавленного металла.
В свою очередь, изменение количества мартенсита закалки и аустенита за счет варьирования легирования наплавленного металла позволяет управлять степенью метастабильности аустенита и кинетикой ДМПИ, что и определяет формирование механических и эксплуатационных свойств [11].
Выводы:
1. На основе количественного анализа литературных и экспериментальных данных разработана физико-математическая модель влияния основных легирующих элементов (Cr, Mn, Si) и углерода на положение мартенситной точки (Мн) и формирование фазового состава наплавленных Fe-Cr-Mn сталей.
2. Созданная модель, адекватность которой подтверждается экспериментальными результатами, позволяет прогнозировать изменения фазового состава и степени метастабильности аустенита наплавленных Fe-Cr-Mn сталей, следовательно, и свойств в зависимости от их химического состава.
3. Модель может быть использована при проектировании химического состава наплавленного металла и сталей иных способов получения в системе легирования Fe-Cr-Mn мартенситного, мартенситно-аустенитного, аустенитно-мартенситного и аустенитного классов, а также регулирования количества а- и у-фаз, степени метастабильности аустенита и получаемых свойств.
Список использованных источников:
1. Лившиц Л.С. Основы легирования наплавленного металла /Л.С. Лившиц, Н.А. Гринберг,
Э.Г. Куркумелли. - М.: Машиностроение, 1969. - 188 с.
2. Разиков М.И. Опыт применения наплавленного металла типа 30Х10Г10Т для наплавки быстроизнашивающихся деталей /М.И. Разиков, И.А. Толстов, Б.А. Кулишенко // Сварочное производство, 1966. - №9. - С. 30-31.
3. Чейлях А.П. Экономнолегированные сплавы и упрочняющие технологии. - Харьков: ННЦ ХФТИ, 2003. - 212 с.
4. Филиппов М.А. Стали с метастабильным аустенитом / М.А. Филиппов, В.С. Литвинов, Ю.Р. Немировский. - М.: Металлургия, 1988. - 256 с.
5. Штейнберг С.С. Термическая обработка стали. - М.: Машгиз, 1950. - 256 с.
6. Меськин В.С. Основы легирования стали. - М.: Металлургия. - 1964. - 684 с.
7. Гольдштейн М.И. Специальные стали./ М.И. Гольдштейн, С.В. Грачев, Ю.Г. Векслер. - М.: МИСИС, 1999. - 408 с.
8. Новиков И.И. Теория термической обработки металлов. - М.: Металлургия, 1979. - 392 с.
9. Блантер М.Е. Кинетика мартенситного превращения (количественная теория). - в кн.: Диффузия, фазовые превращения, механические свойства металлов и сплавов. Межвузовский сборник. - М.: ВЗМИ, 1978. - Вып. 2, С. 7-25.
10. Cheiliakh Y. The creation of a new economical (nickel free) powder-like wire for surfacing made of metastable metal, self-strengthened during wear/ Y. Cheiliakh, V. Chidgarev, G. Sheychenko. -
1-st Mediterranean Conference: Heat Treatment and Surface Engineering in the Manufacturing of Metallic Engineering Components. - Sharm El-Sheikh, Egypt, December 1-3, 2009.
11. Cheiliakh Ya.A. Structure and properties of deposited wear-resistant Fe-Cr-Mn steel with controllable content of metastable austenite / Y.O. Cheiliakh, V.V.Chigarev // The Paton welding Journal / August 2011# 8, pp. 17-21.
12. Разработка и исследование новой порошковой ленты для наплавки колес мостовых кранов / Л.С. Малинов, А.П. Чейлях, Е.Я. Харланова и др. // Сварочное производство.- 1995.- № 10.- С. 22-25.
89
ВІСНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХНІЧНОГО УНІВЕРСИТЕТУ 2013р. Серія: Технічні науки Вип. 27
ISSN 2225-6733
Bibliography:
1. Livshits l.S. Bases of alloying of surfacing metal /l.S. Livshits, N.A. Grinberg, E.G. Kurkumelli -M.: Mashinostroenie, 1969. - 188 p. (Rus.)
2. Razikov M.I. Experience of application of surfacing metal of type 30Cr10Mn10 for surfacing of quickweared details / M.I. Razikov, I.A. Tolstov, B.A. Kulishenko // the Svarochnoe proisvodstvo (Welding production), 1966. - №9. - P. 30-31. (Rus.)
3. Cheylyakh A.P. Economically alloying alloys and strengthening technologies. Kharkov: NNC KHFTI, 2003. - 212 p. (Rus.)
4. Filippov M.A. Steels with metastable austenite / M.A. Filippov, V.S. Litvinov, Yu.R. Nemi-rovskiy. - M.: Metallurgia, 1988. - 256 p. (Rus.)
5. Shteynberg s.S. Heat treatment of steels. - M.: Mashgiz, 1950. - 256 p. (Rus.)
6. Mes'kin V.S. Alloying Bases of alloying steels. - M.: Metallurgy. - 1964. - 684 p. (Rus.)
7. Gol'dshteyn M.I., Grachev S.V., Veksler Yu.G. the Special steels./ M.I. Gol'dshteyn, S.V. Grachev, Yu.G. Veksler. - M.: MISIS, 1999. - 408 p. (Rus.)
8. Novikov I.I. Theory of heat treatment of metals. - M.: Metallurgia, 1979. - 392 p. (Rus.)
9. Blanter M.E. Kinetics of martensite transformation (quantitative theory). - in book.: Diffusion, phase transformations, mechanical properties of metals and alloys. Mezhvuzovskiy collection. -M.: VZMI, 1978. - V. 2, P. 7-25. (Rus.)
10. Cheiliakh Y. The creation of and new economical (nickel free) powder-like wire for surfacing made of metastable metal, self-strengthened during wear/ Y. Cheiliakh, V. Chidgarev, G. Shey-chenko. - 1-st Mediterranean Conference: Heat Treatment and Surface Engineering in the Manufacturing of Metallic Engineering Components. - Sharm El-Sheikh, Egypt, December 1-3, 2009.
11. Cheiliakh Ya.A. Structure and properties of deposited wear-resistant Fe-Cr-Mn steel with controllable content of metastable austenite / Y.O. Cheiliakh, V.V.Chigarev // The Paton welding Journal / August 2011# 8, pp. 17-21.
12. Development and research of new powder-like ribbon for surfacing of wheels of roadways of crane/ L.S. Malinov, A.P. Cheylyakh, E.Ya. Kharlanova and other of // the Svarochnoe proisvod-stvo (Welding production).- 1995.- №10.- P. 22-25. (Rus.)
Рецензент: В.Г. Ефременко
д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 11.09.2013
УДК 669.018:620.178.167.001.5
© Малинов В.Л.1, Мак-Мак А.С.2
УПРАВЛЕНИЕ ФАЗОВЫМ СОСТАВОМ ПРИ ДУГОВОЙ НАПЛАВКЕ ПОД ФЛЮСОМ ДОПОЛНИТЕЛЬНОЙ ПРИСАДКОЙ ПРОВОЛОКИ
Представлены результаты исследований свойств наплавленного металла различного назначения, содержащего в качестве одной из основных структурных составляющих метастабильный аустенит. Показано, что для повышения износостойкости наплавленного металла количеством и стабильностью аустенита необходимо управлять. Эффективным способом, позволяющим регулировать химический, фазовый составы и свойства наплавленного металла, а также повысить производительность при автоматической наплавке под флюсом является дополнительная присадка проволоки различного состава.
Ключевые слова: наплавленный металл, аустенит, мартенсит, карбиды, износостойкость, присадка проволоки.
1 канд. техн. наук, доцент ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
2 гл. инженер, НТК ЧАО «АзовЭлектроСталь», г. Мариуполь
90
