Применение специальной литейной стали внл-6 в сварных конструкциях специального машиностроения Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

Секция «Сварка летательньш аппаратов и родственнее технологии»

УДК 544-016

ПРИМЕНЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНОЙ ЛИТЕЙНОЙ СТАЛИ ВНЛ-6 В СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ СПЕЦИАЛЬНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

М. Ю. Михайлов1, Е. И. Чутов Научный руководитель - В. В. Богданов

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева

Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: [email protected]

Высокопрочная нержавеющая сталь типа ВНЛ-6 используется, как правило, в области высоких давлений (до 700 МПа) и низких температур. Основными свойствами которой, являются надёжность, герметичность, минимальная склонность к трещинообразованию.

Ключевые слова: релаксация, равновесное состояние, промышленного расплава.

APPLICATION OF SPECIAL CAST STEEL VNL-6 WELDED SPECIAL ENGINEERING STRUCTURES

M. J. Mikhailov1, E. I. Chutov Scientific Supervisor - V. V.Bogdanov

Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: [email protected]

A high-strength stainless steel type VNL-6 normally used in high-pressure (700 MPa) and low temperature. The main properties of which are reliability, integrity, minimum susceptibility to cracking.

Keywords: relaxation, equilibrium state, industrial melt.

Существующий метод литья по выплавляемым моделям (ЛВМ) осуществляется плавкой стали в открытых индукционных печах и заливкой форм из ковша, что не обеспечивает стабильности механических свойств, как в разных частях, так и разных партиях отливок в связи с ограниченными возможностями управления тепловыми условиями и гидродинамическими параметрами процесса заполнения форм. Доработка отливок, брак и нестабильность механических свойств сужают область применения литых деталей по экономическим соображениям, а также в изделиях ответственного назначения [1].

Для изготовления деталей особо ответственного назначения ВИАМ (Всероссийский научно-исследовательский институт авиационных материалов) разработал ряд высокопрочных литейных экономно легированных сталей ВНЛ-1, ВНЛ-3, ВНЛ-6, которые с успехом применяются в изделиях авиационной техники и по своим механическим свойствам приближаются или не уступают деформируемым, из которых ВНЛ-6, обладающая высокими механическими и прочностными свойствами, может найти широкое применение для изготовления высоконагружаемых деталей автомобильного, водного, железнодорожного, авиационного транспорта и ракетно-космической техники.

При определенных условиях в стали ВНЛ-6 может выделяться до 5 % ферритной фазы, что отрицательно сказывается на её механических свойствах и повышает склонность к трещинообразованию. Выделение дельта-феррита по границам первичных аустенитных зерен является в ряде случаев причиной разрушения крупных деталей в процессе их контрольных испытаний и эксплуатации [2].

Технология приготовления промышленного расплава конкретного химического состава может иметь множество вариантов. Выбор оптимального из них для данных условий производства удаётся осуществить только на научной основе, с учетом формирования структуры и свойств жидкой многокомпонентной системы в ходе выплавки. У хорошо подготовленного расплава должны отсутствовать всякие следы предыстории, он должен быть равновесным, т. е. в данных условиях максимально од-

Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 1

нородным. Присущая такому расплаву микро неоднородность определяется только различиями в энергиях взаимодействия составляющих его частиц, иными словами, их природой [3].

Перевод расплава в равновесное состояние осуществляют чаще всего нагревом до определенных температур, названных критическими ¿к - ТВО. При их достижении энергия теплового движения частиц расплава становится соизмеримой с энергией разрыва наиболее прочных межатомных взаимодействий в неравновесных атомных ассоциациях, другими словами, с энергией активации процессов миграции наиболее сильно связанных частиц. Требуется также установить опытным путём необходимую продолжительность выдержки расплава при критической температуре. Достаточно, как правило, 5-15 минут.

Некоторые, очень немногие расплавы удаётся перевести в равновесное состояние без существенного перегрева над ликвидусом путём длительной выдержки. Особо подчеркнём, что растворение неравновесных ассоциатов лимитируется главным образом реакциями в тонких пограничных слоях и протекает не в диффузионном, а в кинетическом режиме. В этом случае время релаксации системы не зависит от объёма макроскопического образца. Для исследуемого расплава как в промышленном агрегате, так и в лабораторном тигле время релаксации имеет одно и то же значение [1].

Термовременная обработка расплавов, заключающаяся в определении научно обоснованных температурно-временных параметров плавильного процесса, основана на детальном анализе температурных зависимостей структурно-чувствительных свойств жидкого металла. Косвенным образом о структуре жидкого металла можно судить по изменению его физических свойств [4].

Анализ политерм физических свойств жидкой стали 04Х13Н5М5К9Л (ВНЛ-6) позволяет выделить область аномальных температур, близких к 1 998 К, нагрев до которых приводит к ветвлению политерм вязкости, поверхностного натяжения и удельного электросопротивления стали. Величина о при температуре 1 748 К стабилизировалась в течение 16 минут. Далее значения о сохранялись постоянными. Очередное повышение температуры привело вновь к нестабильности расплава стали, колебанию значений о. Время релаксации структуры при 1 783 К составило 15 минут, при 1 923 К -12 минут. Далее расплав нагрели до 2 073 К. Значения о стабилизировались практически сразу же. Анализ результатов показывает, что политерма о имеет более стабильный вид после соответствующих изотермических выдержек расплава. Отметим корреляцию значений температур, соответствующих максимальным величинам поверхностного натяжения и его переходу в более устойчивое состояние. Дополнительно проведено исследование процессов релаксации структуры жидкой стали ВНЛ-6 после фазового перехода. При этом образец сразу же после плавления нагрели до температуры 1 923 К. Постоянные значения о = 1 500 мДж/м2 установились через 20 минут [4].

На основании результатов исследований можно сделать следующие выводы о том, что рекомендуемые режимы ТВО стали ВНЛ-6 до критических температур позволяют:

а) переводить состояние жидкого сплава перед кристаллизацией в более равновесное;

б) создавать в целом условия для стабилизации структуры с равномерным распределением аустенита в матрице мартенсита;

в) уменьшать количество внутренних дефектов, в том числе усадочного происхождения, за счёт снижения температуры кристаллизации и изменения литейных характеристик жидкой стали;

г) оказывать влияние на механизм затвердевания, сокращая время кристаллизации [4].

Библиографические ссылки

1. Оборин Л. А., Колмыков В. А. Технологическое обеспечение изготовления качественных деталей машин методом литья по выплавляемым моделям. Красноярск, 2013. 106 с.

2. Чернов Н. М., Аксёнов В. А. Технологические основы процессов изготовления тонкостенных стальных деталей транспорта. Новосибирск, 2001.

3. Литье по выплавляемым моделям / Л. А. Оборин, Н. М. Чернов, К. А. Медведев, А. А. Иванов. Красноярск : Изд-во СФУ, 2009. 131 с.

4. Оборин Л. А. Научно-технологические основы производства литых деталей по выплавляемым моделям для силовых установок летательных аппаратов. Красноярск, 2015.

© Михайлов М. Ю., Чутов Е. И., Богданов В. В., 2016