Научная статья на тему 'Рафинирование и модифицирование стали 11ог1зл комплексом титан-бор-кальций'

Рафинирование и модифицирование стали 11ог1зл комплексом титан-бор-кальций Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
284
201
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Сысоев Андрей Михайлович, Бахметьев Виталий Викторович, Колокольцев Валерий Михайлович

The technology of complex deoxidation, refinement and modification of special wearproof steel 110G13L is developed. It allows to improve steel liquid quality and increase operational detail wear resistance for 20 % in comparison with ordinary steel details 110G13L. Fig. 1. Table 4. Bibliogr. 2 names.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Сысоев Андрей Михайлович, Бахметьев Виталий Викторович, Колокольцев Валерий Михайлович

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

The refinement and modification of steel with 110G13L complex Ti + B + Ca

The technology of complex deoxidation, refinement and modification of special wearproof steel 110G13L is developed. It allows to improve steel liquid quality and increase operational detail wear resistance for 20 % in comparison with ordinary steel details 110G13L. Fig. 1. Table 4. Bibliogr. 2 names.

Текст научной работы на тему «Рафинирование и модифицирование стали 11ог1зл комплексом титан-бор-кальций»

УДК 669.1

Сысоев А.М., Бахметьев В.В., Колокольцев В.М.

РАФИНИРОВАНИЕ И МОДИФИЦИРОВАНИЕ СТАЛИ 110Г13Л КОМПЛЕКСОМ ТИТАН-БОР-КАЛЬЦИЙ

Высокомарганцевая сталь 110Г13Л играет важную роль как своеобразный конструкционный материал, применяемый в машиностроении и других отраслях промышленности. Эта сталь способна к самоупрочнению при контактном нагружении, связанном с комбинацией воздействий ударных, абразивных и ударно-абразивных нагрузок или высоких удельных статических давлений. При этом изделия из такой стали в уело -виях эксплуатации, не теряя упруговязкостных свойств в основной своей массе, приобретают высокие прочность, твердость и износостойкость поверхностных слоев, подвергаемых внешнему воздействию [1].

В настоящее время и обозримом будущем главным критерием оценки качества металла будет его работоспособность во всё усложняющихся условиях эксплуатации. Следовательно, важнейшими в комплексе свойств металла являются прочность материала (способность сопротивляться деформации при приложенных нагрузках), надёжность (способность материала работать, как правило, кратковременно, вне расчётной ситуации), долговечность - выносливость (время, при котором материал способен эксплуа-тироваться - сопротивляться усталости, ползучести, коррозии, износу (А.П. Гуляев). Глубокое раскисление, рафинирование расплавов от вредных примесей, модифицирование и сейчас явля-ются перспективными методами улучшения ка -чества отливок. Для решения этой задачи целесообразно иметь составы раскисляюще-рафини-рующе-модифицирующих комплексов, способных одновременно очищать расплав от вредных примесей и воздействовать на свойства стали через изменение размеров и форм структурных составляющих.

При создании подобного комплекса необходимо, чтобы элементы, входящие в его состав, соответствовали следующим критериям:

• ставдартное изменение энтальпии образования продуктов раскисления у элемен-та-раскислителя должно быть больше, чем у основы сплава, т. е. железа, в 2 и более раз;

• элеменг-раскислигель не должен быть вредной примесью, т. е. он должен обладать хорошими критериями растворимо-

сти (р0.ре > 1%) и распределения (ю > 0,05) в жидком железе;

• продукты раскисления должны иметь плотность меньшую, чем расплав, чтобы легко удаляться из него;

• продукты раскисления не должны обладать высокой твердостью, чтобы не создавать вокруг себя очагов напряженного состояния;

• элементы раскислители и модификаторы должны иметь приемлемые техникоэкономические характеристики;

• элементы модификаторы должны образо-вывать тугоплавкие соединения с элементами и примесями стали, которые отвечали бы принципу структурного соответствия, либо повышать поверхностную энергию жвдкой фазы и снижать ее на границе твердой и жидкой фаз;

• модификаторы должны хорошо смачиваться расплавом и иметь плотность близкую к плотности расплава, чтобы не всплывать.

Одной из возможных комбинаций химических элементов, удовлетворяющих вышеперечисленным критериям, является комплекс Т + В + Са [2]. Оптимизированный состав комплекса был использован при выплавки стали 110Г13Л в сталелитейном отделении фасонно-литейного цеха ЗАО «МРК» ОАО ММК на дуговой печи емкостью 5 т.

Химический состав промышленных плавок представлен в табл. 1. Модифицирование проводили комплексом в составе: силикокальций 1 кг/т, ферротиган 7 кг/т, ферробор 0,7 кг/т.

Микроструктура стали 110Г13Л этих плавок представлена на рисунке, количественный анализ структурных составляющих - в табл. 2-4. Металлографические исследования микроструктуры стали, проводили на оптическом микроскопе

Таблица 1

Химический состав опытных плавок

Номер Химический состав, %

плавки C Si Mn S P B Са

30558 1,21 0,83 12,4 0,001 0,044 0,06 0,006 0,008

30588-1 1,26 0,73 12,8 0,004 0,046 0,06 0,004 0,009

30618 1,17 0,71 11,23 0,006 0,062 0,11 0,005 0,008

Таблица 2

Количественный анализ зерен аустенита

Номер плавки Общее количество измеренных зерен п Количест -во зерен на 1 мм2 т Средняя площадь зерна а, мм2 Стандарт -ное отклонение Б 95% доверительный интервал, 95%С1 Балл зерна С

Без добавок 10 445 0,00224 2442 1747 5,79

30558 152 1912 0,000523 1169 190 7,9

30588-1 172 1735 0,000576 1645 251 7,76

30618 14 587 0,001704 1558 900 6,19

Таблица 3

Количественный анализ карбидной составляющей стали

Номер плавки Объёмная доля карбидов переменного состава (Ре,Мп)зО, % Число карби- дов, 1/мм2 Длина карбидов, мкм Площадь карбидов, мкм2 Расстояние между карбидами, мкм

Без добавок 1,1 1041 4,0 11 237

30558 0,55 388 4,2 14 533

30588-1 0,53 1195 2,5 4,4 312

30618 0,93 9752 1,1 0,96 101

«МЕТАМ-ЛВ31» при увеличении от 100 до 1000 крат. Количественный металлографический анализ проводили на промышленной системе обра-ботки и анализа изображений Т1хоше1 Б1аМа11. Измерение осуществляли в режиме визуального слежения на поперечных и продольных шлифах до и после травления, в литом состоянии и после термической обработки по специально разработанной методике.

Отливки из высокомарганцевой стали, модифицированной кальцием, титаном и бором, име-ют в 1,2 раза большую износостойкость по сравнению со сталью, не модифицированной (коэффициент относительной износостойкости немо-дифицированной стали составляет 1,13 ед., а модифицированной - 1,34 ед.). Повышение износостойкости стали происходит вследствие измель-

чения зерен аустениг, твердорастворного и зернограничного упрочнения . Добавки титана снижают долю карбвдов марганца в структуре, особенно по границам зерен. Повышение содержания титана в стали 110Г13Л от 0,06 до 0,11% приводит к увеличению объемной доли карбвдов с 0,67 до

0,93%, граница зерен очищается от карбвдов марганца, в зернах аустенита появляются мелкие карбвды титана, имеющие высокую микротвердость.

Титан, кальций и бор дополнительно раскисляют металл и повышают растворимость водорода в стали, предотвращая образование ситовидной пористости в высокомарганцевых отливках.

При модифицировании высокомарганцевой стали 0,06% И размер зерен уменьшился в среднем на 2 балла, механические свойства заметно улучшились.

Бор увеличивает плотность литой стали 110Г13Л, приближая ее к плотности кованой, и повышает ее чистоту по неметаллическим включениям (при его оптимальном содержании в металле 0,004-0,005%). Малые добавки (до 0,006%) в сталь бора заметно уменьшают величину зерна стали как в литом состоянии, так и после закалки, а также стабилизируют аустениг. С увеличением содержания бора сверх оптимального количество неметаллических включений в стали возрастает. Это, по-ввдимому, объясняется тем, что бор способствует выделению весьма мелких включений, не участвующих в процессах превращения, которые не успевают всплыть из металла в шлак и ухудшают тем самым эксплуатационные и другие свойства отливок из высокомарганцевой стали.

Г, .. , „г . ' .'ч, . 'Ш

I V..." , ' 1 “

Микроструктура стали 110Г13Л: а - плавка №30558; б - плавка №30588-1; в - плавка №30618

Таблица 4

Количественный анализ неметаллических включений

Номер плавки Объёмная доля НВ Vv, % Число НВ Na, 1/мм2 Длина включений L, мкм Площадь включений А, мкм2 Расстояние меж- дунв, мкм Средний диаметр по Фере-ту, мкм Макс. диаметр по Фере-ту, мкм

Без добавок Q,96 2216 3,5 4,3 12Q 3,4 4,4

3Q558 Q,8 3941 1,27 2,2 393 1,35 1,58

3Q588-1 l СО Q 4569 1,15 2,Q 2Q4 1,26 1,47

3Q618 1,1 5536 1,52 4,2 149 1,62 1,9

Кальций способствует торможению роста кристаллов из-за адсорбции на их поверхности, при этом он измельчает и првда-ет глобулярную форму неметаллическим включениям. В результате загрязненность и размер зерна уменьшаются по сравнению с не модифицированной сталью.

Применение раскисляюще-рафинирующе-модифици-рующего комплекса на основе Т + В + Са позволило увеличить износостойкость стали 110Г13Л на 20%, снизить количество

неметаллических включений и уменьшить раз -мер карбидов.

Библиографический список

1. Давыдов Н.Г., Житнов С.В., Братчиков С.Г. Высокомарганцеваясталь. ММеталлургия, 1995. 302 с.

2. Колокольцев В.М., Сысоев А.М. Влияние химического составанасвойствастали 110Г13Л // Молодежь. Наука. Будущее: Сб. науч. тр. студентов. Вып. 6 / Под ред. Л.В. Радионовой. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. С. 39.

УДК 621.73

Авдреев В.В., Гун Г.С., Рубин Г.Ш., У льянов А.Г.

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСАДКИ ДВУХФЛАНЦЕВЫХ ШИПОВ ПРОТИВОСКОЛЬЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

В настоящее время в условиях жесткой рыночной конкуренции между производителями различной продукции серьёзно стоит вопрос о соотношении цены и качества изготовляемого продукта. Большое влияние на это соотношение оказывает выбор технологической схемы производства продукта. Разработка технологии произ-водства какого-либо нового изделия методом холодной объёмной штамповки (ХОШ) до последнего времени всегда было связано с большими материальными и временными затратами, которые включали в себя проектирование технологического процесса на основе справочной литературы и опыта предприятия, изготовление опытной инструментальной оснастки и промышленной апробации разработанной технологии [1]. При этом часто возникали проблемы с опре-делением напряженно-деформированного состояния, характера течения, распределения нагрузок на инструмент, а также вероятностью появления различных дефектов.

В решении таких задач зачастую помогают современные пакеты программ, моделирующие процесс деформации, основанные на примене-

нии метода конечных элементов (МКЭ). В настоящее время при расчете процессов штамповки используется ряд иностранных и отечественных пакетов программ, основанных на конечноэлементарном моделировании, таких как ANSYS LS-DYNA, DEFORM, Super Form, QForm и т.д.

В данной работе использовался программный комплекс QForm, который предназначен для анализа поведения металла при различных процессах обработки металлов давлением и позволяет полу-

Рис. 1. Конструкция двухфланцевого шипа противоскольжения

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.