CC BY
29
МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК №3 (93) 2010
Вавилов А.Д.; заявитель и патентообладатель Общество с ограниченной ответственностью Производственно-коммерческая фирма «Промтех-НН». — № 2000132655/06; заявл. 27.12.00 ; опубл. 27.11.02 , Бюл. № 33 . - 2-4 с.
3. СНиП 2.05.06-85. Магистральные трубопроводы — Москва: Минстрой России, 1997.
КИСЕЛЁВА Лариса Николаевна, аспирантка кафедры «Дорожные машины».
Адрес для переписки: e-mail: [email protected].
Статья поступила в редакцию 07.06.2010 г.
© Л. Н. Киселёва
Краткие сообщения
УДК 621.74 : 669.14 Г. С. ГАРИБЯН
Ю. К. КОРЗУНИН В. П. РАСЩУПКИН А. И. ГРОМОВИК
Омский государственный технический университет
Сибирская государственная автомобильно-дорожная академия, г. Омск
ПОВЫШЕНИЕ КОНСТРУКТИВНОЙ ПРОЧНОСТИ МАШИН НА ОСНОВЕ СОЗДАНИЯ ОПТИМАЛЬНОГО СТРУКТУРНОГО СОСТОЯНИЯ СПЛАВА
Рассматриваются вопросы повышения эксплуатационных характеристик литой стали 110 Г13 Л путём комплексного легирования.
Ключевые слова: сталь 110 Г 13 Л, прочность, вязкость, хрупкость.
В связи с совершенствованием конструкции и повышением технико-тактических характеристик многоцелевых гусеничных машин, для которых характерно применение сложных конструкций, высоких напряжений и скоростей, комбинированных схем нагружения при сохранении высокой удельной прочности, встала задача создания высокопрочного структурного состояния металлических сплавов.
Основным конструкционным материалом в машиностроении являются металлические сплавы, наиболее ценным свойством которых является способность выдерживать большую нагрузку без разрушения. Доля производства их в общем балансе составляет около 90 % и тенденция развития в ближайшие десятилетия свидетельствует о том, что производство и применение неметаллических и других материалов не превысит 10 %.
Важной особенностью стали в высокопрочном состоянии является повышенная склонность к хрупкому разрушению. Это определяет пониженную конструктивную прочность, недостаточную надежность работы гусеничных машин в сложных условиях эксплуатации и накладывает определенное ограничение при использование высокопрочных сталей. Иногда
приходится поступиться высокими абсолютными значениями прочности в характерном структурном состоянии и ограничиться ее значениями для предотвращения возможного хрупкого разрушения. Однако все ужесточающиеся условия службы объектов новой техники настойчиво требуют, чтобы металловеды и конструкторы все же вернулись к высокопрочным сталям. При этом следовало решить задачу: при высоких показателях сопротивления пластической деформации обеспечить и высокое сопротивления хрупкому разрушению.
Мнение о том, что существующие методы определения механических свойств высокопрочных сталей должны быть заменены испытаниями образцов с трещинами так же неправомерно, как и взгляды прошлых лет, в соответствии с которыми традиционные методы испытания механических свойств должны использоваться для характеристики механического поведения стали, находящейся в высокопрочном состоянии. Только комплексный подход к этой сложной проблеме — оценке работоспособности стали в многообразных условиях эксплуатации — может способствовать решению задачи о прогнозировании поведения материалов, повышение на-
Таблица 1
Статистические и усталостные испытания стали ПОП ЗА с различными добавками
№ плавки к1с, н/мм3/2 1А, мкм 5К, мм Дополнительное легирование
1 1680 716 0,12 0,1 % комплекса РЗМ
2 2150 236 0,11 1,03 % N1, 0,8 % Мо
3 2750 497 0,31 —
дежности и долговечности их при работе в машинах и механизмах.
Проблема получения высокопрочных материалов заключается в создании эффективных препятствий, тормозящих движущиеся дислокации, и в обеспечении либо частого их распределения в объеме (чтобы между ними не могли разместиться опасные скопления дислокаций), либо создания определенной подвижности скапливающихся у этих барьеров дислокаций, которые обеспечивают релаксации опасных пиковых напряжений.
Такая структура в металлических сплавах, находящихся в высокопрочном состоянии, создается лишь при использовании комбинированных способов обработки.
Перспективным для получения высоких механических свойств является их рациональное легирование. Оно должно определить оптимальное сочетание структурных и концентрационных неоднородностей, обеспечивающих эффективное торможение дислокаций.
Изделия из высокомарганцовистых сталей, в частности, траки, выходят из строя из-за развития в них трещин. Легирование этих сталей и исследование их прочности на основе механики разрушения и анализа микроструктуры показывает на возможность повышения эксплуатационных характеристик и срока службы деталей из данной стали [ 1 ].
Исследования проводились на образцах из высокомарганцовистой стали без легирующих добавок (сталь 110 Г13Л по ГОСТ 2176-77) и образцах стали 110 Г1ЗЛ с введением легирующих элементов N1, Сг, Т1, №>, Мо и редкоземельных металлов. Стали выплавляли электродуговым способом в печи ДСП 1,5—12. Отливки подвергали закалке в воде при температуре 1050 °С. Механические характеристики сталей определялись на стандартных образцах по ГОСТ 1497-77. Вязкость разрушения К1с определяли на образцах для внецентренного растяжения толщиной 25 мм. Запись диаграмм, по которым рассчитывались величины К, и критическое раскрытие трещины проводилось на двухкоординатном потенциометре ПДС-021М, состоящем из датчиков сопротивления. Усталостное разрушение образцов (ГОСТ 23026-78) при пульсирующем цикле в области растяжения исследовали на пресс-пульсаторе. Рост трещины в процессе нагружения контролировали с помощью оптического микроскопа с ценой деления 0,05 мм. Нагрузку цикла рассчитывали таким образом, чтобы напряжение в сечении — нетто не превышало 0,2 — 0,3 аот
Микроструктура сталей исследовалась после многократной полировки с целью снятия наклепа, возникающего в результате механической обработки и последующего травления. Электролитическое травление выполнялось в 10 % водном растворе хромового ангидрида при напряжении 12 В, силе тока 1 — 1,5 А и времени выдержки 100 с для выявления границ зерен и 150 с для выявления дендритной структуры. Для идентификации карбидов, кроме окрашивания различными реактивами, использовалось термическое травление.
Данные усталостных, металлографических и фрак-тографических исследований стали 110 Г13Л с добавками приведены в табл. 1.
Данные статических и усталостных испытаний показали, что лучшими свойствами, с точки зрения сопротивления распространению трещины, обладает сталь с добавками молибдена и никеля. Наблюдается повышение стойкости хрупкому разрушению К1г Изучение микроструктуры в непосредственной близости от зоны разрушения показывает, что зарождение микротрещин происходит у границ зерен вблизи карбидных включений путем распространения полос скольжения. Локализация скольжения в отдельных полосах вызывает локальное повышение деформации у границ зерен, что может приводить к внезапному хрупкому разрушению изделия. Комплексное легирование (плавка 2) привод ит к измельчению зерна аустенита (1А) и к уменьшению доли нераство-ренных карбидов, а это благоприятно сказывается на усталостной прочности стали, при этом критическое раскрытие трещины <тк сохраняется почти одинаковым.
Библиографический список
1. Трухов, А.П. Литейные сплавы и плавка: учебник для студ. высш.учеб. заведений / А.П. Трухов, А.И. Маляров. - М.: Издательский центр «Академия», 2004. — 336с. - БВЫ5-7695-1276-8.
ГАРИБЯН Гарегин Сережович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой «Машины и технология литейного производства Омского государственного технического университета (ОмГТУ). КОРЗУНИН Юрий Константинович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Материаловедение и технология конструкционных материалов» ОмГТУ. РАСЩУПКИН Валерий Павлович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии» Сибирской государственной атомобильно-дорожной академии (СибАДИ).
ГРОМОВИК Анатолий Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Конструкционные материалы и специальные технологии» СибАДИ.
Адрес для переписки: 644050, г. Омск, пр. Мира, 11.
Статья поступила в редакцию 09.03.2010 г.
© Г. С. Гарибян, Ю. К. Корзунин, В. П. Расщупкин,
А. И. Громовик
ОМСКИЙ НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК № 3 (93) 2010 МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ
