Получение структуры стали 110Г13 методом электроконтактного уплотнения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

ГЛОБАЛЬНАЯ ЯДЕРНАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ, 2012 №4(5), С 49-53

ИЗЫСКАНИЕ, ПРОЕКТИРОВАНИЕ, СТРОИТЕЛЬСТВО И МОНТАЖ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ АЭС

УДК 621.762

ПОЛУЧЕНИЕ СТРУКТУРЫ СТАЛИ 110Г13 МЕТОДОМ ЭЛЕКТРОКОНТАКТНОГО УПЛОТНЕНИЯ

© 2012 г. Р.В. Пирожков, Т.А. Литвинова, С.А. Томилин

Волгодонский инженерно-технический институт - филиал Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», Волгодонск, Ростовская обл.

Поступила в редакцию 20.11.2012 г.

Предложен способ получения порошковой высокоаустенитной стали 110Г13 методом электроконтактного уплотнения. Установлены режимы получения структуры данной стали, рассчитано количество аустенита в структуре в зависимости от плотности тока, пропускаемого через образец. Исследована зависимость износостойкости материала в зависимости от режимов получения стали.

Ключевые слова: сталь 110Г13, электроконтактное уплотнение, аустенит, плотность тока, износостойкость.

Одним из современных методов получения порошкового материала является метод электроконтактного уплотнения. Он включает в себя совмещение механического и электрического воздействия на порошковую заготовку, что позволяет достичь высокой плотности при низком давлении за очень короткий промежуток времени [1].

Изменяя такие параметры, как время пропускания тока, цикличность приложения нагрузки и плотность тока, варьируя их, можно получить различные структуры стали.

Сталь 110Г13 является высокоаустенитной, поэтому критерием оценки структуры материала является объемная доля у-фазы в матрице.

Одним из основных факторов, влияющих на образование аустенитной структуры стали 110Г13 является температура спекания. Менять температуру спекания возможно, варьируя плотность тока, пропускаемого через образец.

Используя данный метод, были получены образцы на основе активированной шихты порошковой стали 110Г13п при различных значениях плотности тока. Для приготовления образцов из высокомарганцовистой стали 110Г13п применяли порошки: 1) железо марки ПЖВ 2.200.28 (ГОСТ 9849-86) производства Сулинского металлургического завода. Химический состав порошка в состоянии поставки приведен в табл. 1, 2. Насыпная плотность порошка составляет 2,51 г/см , текучесть - 29 с.

Таблица 1. Химический состав железного порошка ПЖВ 2.200.28 в состоянии поставки

Содержание элементов, % мас.

Бе Р Мп С Б Остаток в НС1

основа 0,01 0,3 0,13 0,08 0,007 0,23

©Издательство Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ», 2012

Таблица 2. Гранулометрический состав железного порошка ПЖР 2.200.28

Гранулометрический состав выход фракции, мас. %, при размере частиц, мм

более 0200 от 0200 до 0160 от 0160 до 0100 от 0100 до 0071 от 0071 до 0045 Менее 0045

1,4 5,6 22,0 24,4 28,5 18,1

2) порошок ферромарганца ФМн 88 (ГОСТ 4755-91 (ИСО 5446-80)), полученный путем дробления в конусной дробилке до фракции - 160 мкм. Химический состав приведен в табл. 3.

Таблица 3. Химический состав порошка ферромарганца

Марка порошка Содержание элементов, % мас.

Mn Fe C Si P S

ФМн 88 88,0 9.37 1,0 1,5 0,1 0,03

3) графит карандашный ГК-1 (ГОСТ 4404-78), характеристики которого приведены в табл. 4.

Таблица 4. Характеристики порошка графита

Марка порошка Зольность,% Содержание влаги,% Выход летучих веществ,% Остаток на сите №0063,%

ГК-1 1,0 0,5 0,5 0,5

После смешивания исходных компонентов проводилось механическое активирование многокомпонентной шихты в шаровой планетарной мельнице САНД-1 при частоте вращения чаш 290 мин-1 в течение 2 часов.

В результате была получена исходная шихта, состав которой приведен в табл. 5.

Таблица 5. Состав исследуемой дисперсной системы

Исследуемые шихты Соде ржание компонентов, % мас.

ПЖВ 2.200.28 Ферромарганец Графит

110Г13 82,4 16,5 1,1

Начальными параметрами (режимом) получения структуры стали 110Г13 были

приняты значения давления прессования, длительность пропускания и плотность тока,

установленные как оптимальные для получения стали 45 [2].

Режимы получения образцов порошковой стали 110Г13 методом ЭКУ были

следующие: давление прессования - 380 МПа, длительность пропускания тока - 38 сек.

(было определено экспериментально как оптимальная), плотность тока варьировалась в

2 2 интервале от 35 до 45 МА/м . При плотности тока, меньшей 35 МА/м , согласно

данным микроструктурного анализа, аустенитную структуру, свойственную стали

110Г13, получить не удалось, при плотности тока свыше 45 МА/м возникал пережог образцов.

Пористость полученных образцов варьировалась в пределах 4-6%. Согласно методике, приведенной в [3], было определено количество аустенита, образовавшегося в стали, при изменении плотности тока, пропускаемого через образец. Результаты приведены в табл. 6.

Таблица 6. Результаты расчета объемной доли аустенита

Плотность тока, МА/м2 Объемная доля аустенита в металлической матрице, % Погрешность измерения, %

35 68,9 2,4

37 73,3 2,9

39 80,1 4,0

42 86,5 3,1

45 91,2 2,9

Графически результаты расчетов приведены на рис. 1.

ч к й

о

£______

о

Плотность тока. МА/м2 Рис. 1. Зависимость объемной доли аустенита от плотности тока.

В результате проведенных испытаний на износ образцов стали 110Г13, полученных методом ЭКУ при различной плотности тока, были получены следующие результаты (рис. 2). Износ образцов определялся как разность масс до испытания и после, отнесенной к продолжительности трения (1 час).

Анализируя полученные результаты, можно сделать вывод, что количество образовавшегося аустенита в стали 110Г13п, зависит от плотности тока, пропускаемого через образцы, причем, чем выше плотность тока, тем больше объемная доля аустенита в металлической матрице.

2 „

При плотности тока свыше 40 МА/м было отмечено присутствие жидкой фазы.

Это связано с тем, что при температурах свыше 1175°С ферромарганец переходит в

жидкое состояние, процесс спекания протекает с исчезающей жидкой фазой - это один из способов активирования спекания. Вследствие этого спекание происходит более интенсивно и полно, что способствует образованию более гомогенной аустенитной структуры.

Количество аустенита, образовавшегося в процессе спекания образцов при различной плотности тока, влияет на механические свойства стали, в частности, на износостойкость. Минимальный износ достигается при наибольшей плотности тока (45

МА/м2), и с ее понижением износ увеличивается.

0;05 и-----

0,01 4-----

70 75 80 85 90 95

Объемная доля аустенита, %

Рис. 2. Зависимость износа образцов стали 110Г13п от содержания в ней аустенита.

Данное явление объясняется тем, что при механическом воздействии на сталь происходит упрочнение в ходе пластической деформации. Это достигается не только деформационным упрочнением аустенита, но и образованием мартенсита с гексагональной (е) или ромбоэдрической (е') решеткой, что способствует повышению износостойкости материала [4].

Таким образом, были получены оптимальные режимы метода ЭКУ, при которых образуется аустенитная структура стали 110Г13п, близкая к структуре стали 110Г13п, полученной методом динамического горячего прессования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Райченко, А.И. Основы процесса спекания порошков пропусканием электрического тока [Текст] / А.И. Райченко. - М. : Металлургия, 1987. - 122 с.

2. Литвинова, Т.А. Формирование порошковой стали методом электроконтактного уплотнения : дис. канд. техн. наук [Текст] / Т.А. Литвинова. - Новочеркасск. - 2010. - 170 с.

3. Пирожков, Р.В. Формирование структуры и свойств композиционного металлостеклянного материала на основе порошковой стали 110Г13п : дис. канд. техн. наук [Текст] / Р.В. Пирожков. - Новочеркасск. - 2003. - 129 с.

4. Материаловедение и технология металлов [Текст]: Учеб. для студентов машиностроит. спец. вузов / Г.П. Фетисов ; В.М. Матюнин и др.; Под ред. Г.П. Фетисова. - М. : Высш. шк., 2001. -638 с. : ил.

Formation of steel structure 110G13 with the help of the electric resistance

compression method

R. V. Pirozhkov, T. A. Litvinova, S. A. Tomilin

Volgodonsk Engineering Technical Institute the branch of National Research Nuclear University «MEPhI», 73/94 Lenin St., Volgodonsk, Rostov region, Russia 347360

e-mail: VITIkafTEO@mephi.ru

Abstract - The way of receiving of powder high-austenitic steel 110G13 with the help of electrocontact compression method is offered. The modes of receiving the structure of this steel are established, the amount of austenite in structure depending on density of the current passed through a sample is calculated. Dependence of wear resistance of a material depending on modes of receiving steel is investigated.

Keywords: steel 110G13, electrocontact compression, austenite, current density, wear resistance.