CC BY
20
пусками. Вироби, отримаш iз заготовок ПТЕС-1, ПТЕК-1 при гарячому штампуванш з елементами ви-тiкання повшстю задовшьняють вимогам до аналоп-чних деталей з литого здеформованого металу. Пози-тивний вплив на пластичш властивостi отримуваних виробiв, особливо ударну в'язк1сть, величина яко! пе-ревищуе рiвень для литого здеформованого металу надае скорочення кiлькостi операц1й у процеа передiлу порошкових заготовок, при яких метал окислюеться.
Враховуючи вимоги до мщносп та пластичностi, яш висуваються до виробiв, та застосовуючи конкрет-ну схему штампування можна зменшити собiвартiсть !х виготовлення, тдвищити продуктивнiсть процесу та коефiцiент використання металу, забезпечити отри-мання широкого класу конструкцiйних порошкових ти-танових матерiалiв та виробiв з заданим комплексом
механiчних властивостей.
Перелiк посилань
1. Павлов В. А., Носенко М.И. Исследование горячей деформации и уплотнения порошковых металлов // Порошковая металлургия. - 1988. - №1. - С. 1-6.
2. Изменение деформационных характеристик пористых заготовок из порошков титана, меди и алюминия / В .А. Павлов, М.И. Носенко, Б.В. Попов, С.Н. Якунин // Порошковая металлургия. - 1987. - № 9. - С. 20-24.
3. Павлов В.А., Носенко М.И., Карлов Л.А. Термомеханический режим горячей штамповки заготовок из порошков титана // Порошковая металлургия. - 1991. -№ 11. - С. 1-5.
4. Применение титана в народном хозяйстве / Под ред. А.Т. Туманова. - Киев: Техника, 1975. - 200 с.
Одержано 13.12.2006
Приведены результаты исследований горячей штамповки порошковых заготовок при получении конструкционных титановых материалов различного эксплуатационного назначения.
The results ofresearch of hot stamping ofpowdered billets in process ofproduction of structural titanium materials for different operational designation are given.
УДК 669.14
А. В. Федьков, канд. техн. наук В. А. Федьков, канд. техн. наук В. И. Минакова
ООО " Запорожсталь", Национальный технический университет,
г. Запорожье
ПОВЫШЕНИЕ КАЧЕСТВА СТАЛИ ДЛЯ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ ГОРНОМЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
Разработана технология получения низкого содержания серы в индукционной печи. Снижение серы в стали 35Х06СЛ с 0,028 % до 0,006 % позволило повысить ударную вязкость в 1,7раза. Установлены зависимости модифицирования ЩЗМ и РЗМ от содержания серы в металле.
Проблема создания износостойких экономно-легированных сталей взамен низколегированных, содержащих такие дефицитные дорогостоящие элементы, как никель, молибден, вольфрам, медь и др., является весьма актуальной.
Проведенным анализом было установлено, что работоспособность горно-металлургического оборудования - экскаваторов, молотковых дробилок, тяжелых импортных бульдозеров определяется стойкостью литых зубчатых венцов, кремальерных шестерен и реек, молотков, коронок, секторов барабанов прокатных станов. Эти детали работают в тяжелых условиях удар -но-абразивного износа, высоких удельных давлений, знакопеременного нагружения при положительных и отрицательных температурах, а также термоциклического воздействия температур от 750 до 120 °С.
По вине перечисленных деталей простои экскава-
торов и тяжелых импортных бульдозеров составляют около 50 %, молотков дробилок - 70 %, прокатных станов - 25 % от общего числа простоев, а материальный ущерб исчисляется сотнями тысяч гривен.
Анализ механизма разрушения перечисленных деталей показал, что основными источниками микротрещин, приводящих к разрушению, являются неметаллические включения и, в первую очередь, сульфиды и оксисульфиды.
В связи с этим была поставлена задача создания износостойких сплавов и разработка методов нейтрализации отрицательного влияния этих включений с целью повышения надежности и долговечности работы горно-металлургического оборудования.
В настоящее время для кремальерных шестерен, зубчатых венцов, реек экскаваторов, молотков дробилок, импортных тяжелых бульдозеров широко приме-
© А. В. Федьков, В. А. Федьков, В. И. Минакова, 2007
няются низколегированные стали 35ХН2ВЛ, 35ХН2МЛ, 30ХНМЛ, 27ХГСНМФТЧЛ и 110Г13Л, для секторов барабана моталок прокатных станов - сталь 12ДХН1МФЛ.
Разработана экономнолегированная сталь 35Х06СЛ. Изучено влияние чистоты металла на показатели механических свойств и характер разрушения данной стали.
В настоящее время изучали влияние чистоты металла по сере на показатели механических свойств, индекс загрязненности, хладостойкость и характер разрушения, разработанной на кафедре литейного производства экономнолегированной стали 35Х06СЛ. Содержание серы колебалось от 0,006 % до 0,028 %.
Для сравнительной оценки роли неметаллических включений в разрушении стали 35Х06СЛ при растяжении были определены коэффициенты связи микротрещин с включениями К = Ь : Ь , и коэффициент
А Ь нмв общ т т
участия неметаллических включений в разрушении Кмв = птр : побщ. Подсчет коэффициентов проводился при деформации образцов пластин равной 9 %, что приблизительно соответствовало промышленным условиям работы кремальерных шестерен. Определение общей длины микротрещин Ьобщ и длины микротрещин, связанных с включениями Ь осуществлялось на микроскопе МИМ-8 при увеличении х500 (длина подсчета равнялась 20 мм, Ьобщ - от 11 до 1190 мкм); общее количество включений п и количество вклю-
общ
чений, вызвавших трещины - птр подсчитывалось на 50 полях зрения (площадь подсчета равнялась 33 мм2). Результаты исследования показали, что зарождение трещин во всех случаях начиналось на неметаллических включениях (табл. 1, рис. 1).
Результаты металлографического анализа подтверждаются также данными Шульте Ю. А. о том, что роль включений в значительной степени определялась их формой. В наибольшей степени появлению трещин способствовали эвтектические сульфиды II типа, трещины, проходя по этим включениям, повторяли их форму; глобулярные включения I типа были наиболее благоприятными с точки зрения сопротивления металла зарождению и распространению трещин, последние являлись в виде округлых полостей вокруг включения при более высоких нагрузках (рис. 1).
Исследования влияния загрязненности стали 35Х06СЛ по сере на процессы трещинообразования показали, что суммарная длина микротрещин, проходящих через включения (Ь = 24 мкм) для стали с низким содержанием серы (0,006 %), была меньше
суммарной длины микротрещин, проходящей через включения (Ьнмв = 210 мкм) для стали с повышенным содержанием серы (0,028 %). Коэффициенты связи микротрещин с включениями КЬ и коэффициент участия неметаллических включений в разрушении К
нмв
имели наименьшие значения для высокочистой стали (табл. 1). Низкие коэффициенты КЬ и Кнмв в сталях высокой чистоты можно объяснить уменьшением загрязненности металла (с 0,841 до 0,328-10-3). Снижение загрязненности стали происходило за счет уменьшения общего количества сульфидов и оксисульфидов, количество оксидов, глинозема при этом изменялось незначительно.
Рис. 1. Развитие трещин в литой стали возле неметаллических включений:
а - I тип; б - Ш тип; в - П тип
Таблица 1 - Влияние содержания серы на трещинообразование и механические свойства стали 35Х06СЛ при статических нагрузках (растяжение)
а
б
в
Содержание серы, % Индекс загрязненности Л10"3 Коэффициенты Механические свойства
Кь К ^нмв °в, МПа 8, % KCU+20°c, МДж/м2 KCU_40°c, МДж/м2 НВ, МПа
0,028 0,841 0,65 0,83 968 15,1 0,9 0,5 2300
0,006 0,328 0,41 0,54 1047 27,0 1,74 1,19 2300
Результаты механических испытаний показали, что с уменьшением содержания серы с 0,028 до 0,006 % в стали 35Х06СЛ ударная вязкость в среднем повысилась в 1,9 раза, относительное сужение - в 1,9 раза, относительное удлинение - в 1,6 раза.
Количественными зависимостями установлено, что сопротивление стали разрушению и уровень механических свойств находятся в прямой зависимости от загрязненности включениями и носят однозначный характер (табл. 1).
Изучено влияние содержания серы на процессы трещинообразования стали 35Х06СЛ под действием ударных нагрузок. В процессе изгиба стандартного ударного образца под воздействием повторных нагру-жений на маятниковом копре (энергия одного удара равнялась 1,96 кгм) производился подсчет микротрещин и включений под надрезом образца. Образец из стали с содержанием серы 0,028 % разрушился при первом же ударе за счет зарождения и распространения трещин у включений (К = 1). В стали с содержанием 0,006 % серы неметаллические включения принимали меньшее участие в разрушении (К = 0,6); образец разрушился после пятикратного нагружения (табл. 2).
Результаты анализа механизма разрушения при динамических нагрузках подтверждены механическими испытаниями (табл. 2) и фрактографическими исследованиями изломов ударных образцов (рис. 2).
Сталь с содержанием серы 0,006 % и индексом загрязненности 0,328-10-3 имела ударную вязкость в 1,7 раза выше, чем сталь с содержанием 0,028 % серы и индекса загрязненности 0,84-10-3. Ударная вязкость при снижении серы повысилась как за счет увеличения работы распространения а , так и за счет работы зарождения трещин а. Работа зарождения и работа распространения трещин увеличилась в среднем в 1,7 раза.
Вредное влияние включений значительно сказалось на величине ударной вязкости при отрицательных температурах испытания. В интервалах температур от +20 до -40 °С снижение серы с 0,028 до 0,006 % повысило а и а в 2 раза.
р з 1
Микрофрактографическими исследованиями изломов ударных образцов установлено, что сталь с низким уровнем загрязненности имела вязкий чашечный излом. С повышением загрязненности включениями происходило охрупчивание металла, наряду с вязким изломом появлялись участки хрупкой составляющей
Рис. 2. Микроизлом стали 35Х06СЛ при +20 °С (слева) и ■ 40 °С (справа) с содержанием серы:
а - 0,006 %; б - 0,018 %; в - 0,028 %
(малорельефные сглаженные зоны). Особенно сильно это проявилось при отрицательных температурах испытания (рис. 2).
Исследования показали, что относительная износостойкость стали 35Х06СЛ при испытании на удар -но-абразивный и ударно-абразивно-коррозионный износ находилась практически на одном и том же уровне по сравнению со сталями 35ХН2ВЛ, 35ХН2МЛ, 27ХГСНМФТЧЛ и 35ХНМЛ, широко применяемыми для ответственных отливок горнодобывающего оборудования (табл. 3).
Для нейтрализации вредного влияния неметаллических включений разработана технология получения низкого содержания серы в индукционной печи с основной футеровкой.
Шлакообразующая смесь, состоящая из извести, плавикового шпата, силикатной глыбы задавалась в нижние слои шихты при следующем соотношении
Таблица 2 - Влияние серы на склонность стали 35Х06СЛ к разрушению при динамических нагрузках
Содержание серы, % Коэффициенты +20 °С -40 °С
Кь К нмв кси, МДж/м2 кси3, МДж/м2 ксир, МДж/м2 кси, МДж/м2 кси3, МДж/м2 ксир, МДж/м2
0,028 0,84 0,46 0,9 0,29 0,61 0,5 0,13 0,37
0,006 0,57 0,39 1,51 0,5 1,01 0,95 0,27 0,68
а
б
в
Таблица 3 - Свойства сталей, применяемых для ответственных отливок горнодобывающего оборудования
Марка стали Режим термической обработки Механические свойства Относительная износостойкость
МПа S, % % KCU+20 "сЬ МДж/м2 KCU-40 "С МДж/м2 НВ, МПа ударно-абразивный износ ударно-абразивно-коррозионный износ
35ХНМЛ Н. 860еС + О. 500{С 850 12,0 30,0 0,40 0,25 2600 1,60 1,35
35ХН2МЛ З. 900бС + О. 480бС 945 10,0 27,2 0,45 0,30 3100 1,66 1,50
35ХН2ВЛ З 900бС + О. 480бС 960 11,2 28,4 0,43 0,31 3135 1,68 1,49
27ХГСНМДТЧЛ Н. 850еС + З 920бС + О. 180бС 1300 6,5 22,0 0,52 0,35 4100 1,80 1,64
35Х2СЛ Н.900еС + О. 400еС (вода) 1041 11,5 21,4 0,48 0,31 3250 1,65 1,45
35Х06СЛ З. 900еС + О. 500бС 1349 10,0 24,3 0,63 0,44 3310 1,70 1,48
компонентов СаО : СаБ2 : (№20-п8Ю2-тН20) = 30 : 2 : 1. Плавиковый шпат и силикатная глыба применялись для разжижения шлака. Для создания восстановительной атмосферы и раскисления шлака вместе с шлакообразующими вводили кремний или электродный бой.
В предлагаемой технологии присадка шлакообра-зующих указанного состава позволила получить жидкий восстановительный шлак высокой основности, который, перемешиваясь индуктивными потоками, создал благоприятные условия для десульфурации уже первых порций образовавшегося металла, также по-
зволил связать в прочные соединения серу и предотвратить процесс обратного перехода серы в металл.
На основании проведенных исследований установлены оптимальные содержания шлака и кремния (углерода) и получены зависимости снижения концентрации серы, индекса загрязненности, повышения показателей ударной вязкости, пластичности, хладостойкости от количества шлака.
Установлены зависимости модифицирования ЩЗМ и РЗМ от содержания серы. Показано, что модифицирование ЩЗМ и РЗМ эффективно при содержании серы более 0,015 %.
Одержано 25.04.2007
Розроблено технологт отримання низького вмгсту с1рки в тдукцшнш печг. Зниження с1рки в стал! 35Х06СЛ з 0,028 % до 0,006 % дозволило пгдвищити ударну в 'язюсть в 1,7рази. Встановлено залежтсть модиф1кування ЩЗМ i РЗМ вгд вмгсту с1рки в металг.
Technology of obtaining steel with low sulfur content during melt in induction furnace is developed. Decrease of sulfur content in steel of 35X06CЛ grade from 0,028 % to 0,006 % allowed to increase the impact strength by 1,7 times. The correlations between modifying with REM/AEM and sulfur content in the metal have been established.
