CC BY
19
In this paper, a thermodynamic analysis of the effect of titanium-containing halide salts (Na2sif6 and Na3AlF6) and the amount of carbon in the charge composition on the synthesis of titanium carbide in aluminum melt is performed. The amount of synthesized target phase TiC in the aluminum matrix affects the mechanical (hardness, strength) and tribological (wear resistance) properties, so this calculation is an important operation before conducting the experiment.
Keywords: titanium carbide, aluminum matrix composites, self-propagating high-temperature synthesis.
DOI: 10.47581/2020/30.10.2020/SMTT/32.5.013
ПОЛУЧЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ИЗДЕЛИЙ
ИЗ КОРРОЗИОННОСТОЙКИХ ХРОМО-НИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ Муратов Владимир Сергеевич, д.т.н., профессор
(e-mail:muratov1956@mail.ru) Морозова Елена Александровна, к.т.н., доцент (e-mail:e.morozova2012@mail.ru) Якимов Николай Сергеевич, аспирант (e-mail: andrej.bakin2013@yandex.ru) Самарский государственный технический университет,
г.Самара, Россия
Проведены исследования дефектов, возникающих при производстве деталей из поковок хромо-никелевых коррозионностойких сталей. Изучены разнообразные типы дефектов в штамповках и поковках, формирующиеся при их деформировании и термической обработке, а также причины их появления. В процессе выявления дефектов использованы магнитнопо-рошковый и радиографический методы неразрушающего контроля. Исследован полный цикл термической обработки заготовок из стали 14Х17Н2 и формируемыезначения механических свойств на реализуемых этапах обработки. Изучена микроструктура хромо-никелевых мартен-ситно-ферритных сталей и влияние наличия д-феррита на их технологические свойства при деформировании и термической обработке.
Для исключения появления дефектов деформационного происхождения рекомендовано достигать более равномерную деформацию в объёме заготовки, что исключает недопустимую локализацию напряжений и их значительный рост. Рекомендовано использовать небольшие единичные обжатия, реализовывать промежуточные подогревы деформируемой заготовки и др. Для исключения закалочных трещин предложена закалка стали с охлаждением в масле с повышенной температуры нагрева - 1040-1050 0 С или применение охлаждения на воздухе (при достижении должной про-каливаемости).
Ключевые слова: штамповки, термическая обработка, микроструктура, дефекты, неразрушающий контроль.
Сталь 14Х17Н2 (ЭИ268), легированная хромом и никелем, по ГОСТ 5632-72 относится к сталям мартенситно-ферритного класса и входит в группу коррозионностойких (нержавеющих) сталей и сплавов. В данном классе сталей при охлаждении на воздухе из высокотемпературного состояния в структуре формируется не только мартенситная структура, но и более 10% феррита.
Целью работы является выявление причин возникновения и предотвращение появления дефектов в поковках и штамповках из нержавеющих сталей мартенситно-ферритного класса, легированных хромом и никелем.
Химический состав исследуемой стали марки 14Х17Н2 приведен в табл. 1.
Таблица 1 - содержание элементов в стале 14Х17Н
С 81 Мп N1 8 Р Сг Т1 Си
0,110,17 <0,8 <0,8 1,5-2,5 <0,025 <0,03 16-18 <0,2 <0,3
2 (вес. %)
В работе использованы радиографический, магнитопорошковый и металлографический методы исследования, определялись механические свойства.
Технологичность стали 14Х17Н2 в процессе получения поковок и штамповок, а также при реализации термической обработке зависит от наличия в структуре 5-феррита [1-7]. Феррит обладает низкой прочностью, хорошей деформируемостью, за счет чего в нем реализуется релаксация напряжений, которые возникают в ходе технологических переделов изготовления заготовок, а это уменьшает уровень внутренних временных и остаточных напряжений. Если в структуре стали отсутствует ферритная составляющая, то изготовление заготовок затрудняется. Особенно это характерно для заготовок типа валов, учитывая их склонность к возникновению продольных трещин (чаще всего осевых), появляющихся из-за значительных фазовых напряжений при переходе аустенита в мартенсит в процессе охлаждения с температур деформирования или нагрева под закалку (нормализацию). Образование одной мартенситной структуры способствует появлению межкристаллитных трещин, а также пористости и других нарушений сплошности материала.
Однако наличие в структуре стали 5-феррита может снижать деформируемость стали при ковке и штамповке (вследствие особенностей протекания деформации в структуре, состоящей из двух фаз), а также уменьшать характеристики ударной вязкости и пластичности поковок в поперечном или тангенциальном направлениях; кроме того, возможно повышение величины анизотропии свойств.
Образующиеся дефекты изготавливаемых заготовок аналогичны известным [8] - центральная пористость, ковочный крест, заков, раскованное загрязнение. Их появление (при должном качестве исходного материала) вы-
звано превышением допустимых величин деформации сплава. Указанное превышение может появиться из-за неравномерного нагрева под деформацию или нарушения температурных режимов и приемов деформирования. Для исключения формирования дефектов в процессе деформации штамповок и поковок из стали 14Х17Н2 требуется обеспечение равномерной деформации в объёме заготовки, что исключает недопустимую локализацию напряжений. Для этого целесообразны : небольшие единичные обжатия, промежуточные подогревы в ходе деформирования и др.
Изделия из стали 14Х17Н2 подвергают окончательной термической обработке по режиму: температура закалки 1030±10 иС, выдержка при температуре закалки 60 минут, последующее охлаждение в масло; температура отпуска 640±10 0С с длительностью 135 минут, последующее охлаждение на воздухе. Термическая обработка стали должна обеспечивать твердость НЯС 23 - 32 и предел прочности 830-1030 МПа.
После закалки по приведенным режимам в заготовках часто обнаруживаются дефекты - трещины. Внешний вид дефекта в детали " фиксатор" показан на рис.2а, а на рис 2б приведена схема расположения трещин, появившихся при закалке. Радиографический метод выявил закалочных трещин шириной до 8мм и длиной до 45 мм .
а
б
Рис.2. Поковка с трещинами (а) и схема их расположения (б).
На рис.3 (а - х500, б - х1500) представлена структура поковки из стали 14Х17Н2 после термической обработки.
¿^Ф'&Ьл
шшт,
' " I ' > ' '
; • Г- •
а б
Рис.3. Микроструктура термически обработанной стали 14Х17Н2.
Сталь имеет микроструктуру сорбит отпуска. В ряде участков структуры карбиды выявляют границы первичных аустенитных зерен. Установлено и наличие светлых областей, представляющих собой участки 5-феррита.
Проведены исследования, направленные на исключение случаев появления закалочных трещин. Следует иметь в виду два момента:
• повышение температуры закалки обеспечивает увеличение количества 5-феррита, что позволит уменьшить закалочные напряжения за счет большей пластичности ферритной фазы;
• для уменьшения закалочных напряжений возможна замена охлаждения в масле на охлаждение на воздухе при условии достижения требуемых свойств.
Первый подход для заготовок "фиксатора" позволил после закалки в масле с температур 1040 - 1050 0С ( повышенных относительно обычно назначаемых) формировать структуру стали, состоящую из светлых и сильно травящихся темных участков. Темные участки - области мартенситной фазы; светлые - 5-феррит. Установлено также наличие небольшого количества карбидов, располагающихся и в теле зерна, и на границах бывших аустенитных зерен. Выявлено, что количество 5-феррита больше на 15 -20%, чем его количество после закалки с температуры 1030 0С . Закалочные трещины в заготовках отсутствуют. После термической обработки достигнут требуемый уровень твердости и прочности стали. Добавим, что использование повышенных закалочных температур с изменением параметров отпуска рекомендовано и в работе [7] с целью увеличения ударной вязкости .
При использовании охлаждения заготовки "фиксатора" с температуры 1030 0С на воздухе также предотвращено появления трещин и достигнут необходимый уровень свойств. Применение нормализации стали 14Х17Н2 рекомендовано и в работах [9,10].
Выводы
1. В хромо-никелевых коррозионностойких сталях, относящихся к мартенситно- ферритному классу, наличие в структуре 5-феррита способствует улучшению технологичности при операциях деформирования и закалочном охлаждении, что связано с уменьшением значений временных и остаточных напряжений, вследствие их релаксации в процессе деформации пластичных областей 5-ферритной фазы.
2. Выявлены случаи появления продольных (преимущественно осевых) трещин, образующихся при закалочном охлаждении штамповок из стали 14Х17Н2.
3. С целью предотвращения появления трещин при закалочном охлаждении, при достижении необходимого уровня механических свойств, рекомендовано осуществлять закалку стали с температуры - 1040 - 1050 0С ( в случае охлаждения в масле) или использовать охлаждение на воздухе (при наличии достаточной прокаливаемости).
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ по проекту № 1938-90172.
Список литературы
1. Власов В. А., Пачурин Г.В. Влияние предварительной деформации на структуру-ные изменения при усталости нержавеющих сталей 20Х13 и 14Х17Н2.- Современные наукоемкие технологии.-№ 1.-2010.- С.88-89.
2. Лопухов Ю.И., Лахина М.А. Ультразвуковое поверхностное пластическое упрочнение стали 14Х17Н2// Технические науки- от теории к практике : сб.ст.по матер.ХЬУ междунар.научн.-практ.конф., №4(41)- Новосибирск: СибАК, 2015,- С.51-59.
3. Паршин, А.М. Структура, прочность и пластичность нержавеющих сталей и сплавов, применяемых в судостроении / А.М. Паршин. - Л.: Судостроение, 1972. - 288 с.
4. Ульянин Е.А. Коррозионные стали и сплавы: справочник / Е.А Ульянин. - М.: Металлургия, 1980. - 208 с.
5. В.С. Малов, В.А.Васильев Влияние химического состава, технологических параметров ковки на структуру и механические свойства стали 14Х17Н2. - Металловедение и термическая обработка металлов.- № 9.- 2012.- С.2-5.
6. Бородулин Г.М. Нержавеющая сталь / Г.М. Бородулин, Е.И. Мошкевич. - М.: Ме-таллургия,1973. - 320 с.
7. Пат. 2508410 Российская Федерация, МПК C21D6/02, C21D9/30. Способ термической обработки деформируемой коррозионно-стойкой стали 17Х17Н2/ Васильев В.А., Малов В.С.; заявитель и патентообладатель Нижегородский гос. техн. университет.- № 2012150226/02; заявл.23.11.12; опубл.27.02.14 , Бюл.№ 6.-5с.
8. В. С. Малов, В. А. Васильев. Исследование дефектов кованых заготовок из стали 14Х17Н2// Металлургия и материаловедение. Труды Нижегородского госуд.техн. университета им. Р.Е.Алексеева/ Изд-во НГТУ.- № 1(98).- 2013.- С.229-235.
9. ГОСТ7350-77. Сталь толстолистовая коррозионностойкая, жаростойкая и жаропрочная. Технические условия. -М.: ИПК Издательство стандартов, 2013.
10. З.О. Буренок. Исследование режима термической обработки жаропрочной, кор-розионностойкой стали 14Х17Н2// Труды международной научно-технической конференции " Современные направления фундаментальных и прикладных исследований". 18-30 марта 2014г. URL: http: // www. sworld. com.ua/.
Muratov Vladimir Sergeevich Dr.Sc.,professor
( e.mail:muratov1956@mail.ru)
Morozova Elena Aleksandrovna,Cand.Tech.Sci.,associateprofessor
(e-mail:e.morozova2012@mail.ru) Yakimov Nikolay Sergeevich, graduate student
(e-mail: andrej.bakin2013@yandex.ru) Samara State Technical University, Samara, Russia
OBTAINING HIGH-QUALITY PRODUCTS FROM CORROSION-RESISTANT CHROMIUM-NICKEL STEELS
Abstract. The study of defects that occur in the production ofparts from forgings and of chromium-Nickel corrosion-resistant steels. Various types of defects in stampings and forgings that are formed during their deformation and heat treatment, as well as the causes of their occurrence, are studied. In the process of detecting defects, magnetic powder and radiographic methods of non-destructive testing were used. The full cycle of heat treatment of 14X17N2 steel billets and the formed values of mechanical properties at the implemented processing stages are studied. The microstructure of chromium-Nickel martensitic-ferritic steels and the effect of the presence of ô-ferrite on their technological properties during deformation and heat treatment are studied.
To avoid the appearance of defects of deformation origin, it is recommended to achieve a more uniform deformation in the volume of the workpiece, which are eliminates the unacceptable localization of stresses and their significant growth. It is recommended to use small single compressions, implement intermediate preheating of the deformable workpiece, etc. To avoid quenching cracks, it is proposed to quench steel with cooling in oil with an increased heating temperature - 1040-1050 degrees of Celsius or use air cooling (when proper harden-ability is achieved).
Keywords: stamping, heat treatment, microstructure, defects, non-destructive testing.
DOI: 10.47581/2020/30.10.2020/SMTT/32.5.014
ПОВЕРХНОСТНОЕ УПРОЧНЕНИЕ ТИТАНА
ЛЕГИРОВАНИЕМ ЖЕЛЕЗОМ Муратов Владимир Сергеевич, д.т.н., профессор (e-mail:muratov1956@mail.ru) Морозова Елена Александровна к.т.н., доцент (e-mail:e.morozova2012@mail.ru) Якимов Николай Сергеевич, аспирант (e-mail: andrej.bakin2013@yandex.ru) Самарский государственный технический университет
г.Самара, Россия
Установлены основные закономерности формирования состава, структуры и свойств поверхностных слоев титана при лазерном легировании железом. Выявлено влияние мощности лазерного излучения и скорости перемещения лазерного луча на особенности структуры и свойств поверхностных слоев. Установлен фазовый состав поверхностного слоя и влияние на него параметров лазерного легирования. Даны технологические рекомендации для этого процесса.
Ключевые слова: титан, лазерное поверхностное легирование, железо, фазовый состав, структура, свойства.
Поверхностное упрочнение титана и его сплавов широко используется при изготовлении тяжелонагруженных изделий авиационно-космической техники для повышения износостойкости, коррозионной стойкости и жаростойкости. Одним из перспективных методов такой обработки является
