Научная статья на тему 'Термостойкость графитизированной стали'

Термостойкость графитизированной стали Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
270
51
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ГРАФіТИЗОВАНА СТАЛЬ / МЕХАНіЧНі ВЛАСТИВОСТі / ТЕРМОСТіЙКіСТЬ / ТЕРМОЦИКЛіЧНі НАВАНТАЖЕННЯ / ТЕРМОСТОЙКОСТЬ / ТЕРМОЦИКЛИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ / ГРАФИТИЗИРОВАННАЯ СТАЛЬ / МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА / GRAPHITIZED STEEL / MECHANICAL PROPERTIES / HEAT RESISTANCE / THERMAL CYCLIC LOADS

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Савченко В. А.

Цель. В работе необходимо осуществить исследование температурных зависимостей механических свойств и термостойкости сталей в условиях термоциклических нагрузок. Необходимо определить механические свойства и показатели термостойкости графитизированных сталей и чугуна ВЧ400 в диапазоне температур 20…800 °С. Методика. Графитизированные стали с химическим составом (мас. %): 0,61…1,04 C; 1,19…1,59 % Si; 0,32…0,37 % Mn; 0,12…0,17 % Al; 0,008…0,014 % S і 0,016…0,025 % Р подвергали термической обработке в разных режимах. А именно: нагрев до 810 °С выдержка 2 часа; охлаждение до 680 °С выдержка 2 часа с последующим охлаждением с печью для обеспечения феррито-перлитной металлической основы с включениями графита. Для определения показателей термостойкости (параметр тепловых напряжений К и критерий стойкости материала при термоциклической нагрузке С) исследовались показатели механических свойств графитизированных сталей и чугунов в диапазоне температур 20…800 °С. Результаты. Установлено, что вследствие меньшего содержания углерода и меньшего количества включений графита по показателям предела прочности и пластичности при комнатных и высоких температурах, а также по критериям термостойкости К и С графитизированная сталь превышает показатели высокопрочного чугуна ВЧ400. Эта особенность дает возможность использовать ее для изготовления изделий, которые работают в условиях термоциклических нагрузок. Научная новизна. Определены предел прочности и относительное удлинение графитизированных сталей в диапазоне температур 20…800 °С. Выполнены, в сравнении с высокопрочным чугуном марки ВЧ400, расчеты критериев термостойкости: параметра тепловых напряжений К и критерия стойкости материала при термоциклических нагрузках С в диапазоне температур 20…800°С. Практическая значимость. Показана целесообразность использования графитизированной стали для изготовления изделий, которые работают в условиях термоциклических нагрузок

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

HEAT RESISTANCE OF GRAPHITIZED STEEL

Purpose. The investigation of temperature dependences of steels' mechanical properties and heat resistance under conditions of thermal cyclic loads. It's necessary to determine the mechanical properties and heat resistance indices of graphitized steels and cast iron VCh400 within the temperature range of 20…800°С. Methodology. Graphitized steels of the following chemical composition (mass %): 0.61…1.04C; 1.19…1.59%Si; 0.32…0.37%Mn; 0.12…0.17%Al; 0.008…0.014%S and 0.016…0.025%Р have been heat-treated according to the mode: heating up to 810°С holding for 2 hours; cooling down to 680°С holding for 2 hours with further cooling using the furnace in order to provide the ferrite-pearlite metallic base with graphite inclusions. In order to determine heat resistance indices (heat stresses index K and the material's resistance criterion at thermal cyclic load C) the indices of graphitized steels' and cast irons' mechanical properties in the temperature range of 20…800°С have been investigated. Findings. It has been established that as a result of lower carbon content and smaller quantity of graphite inclusions, graphitized steel exceeds such indices of nodular cast iron VCh400 as: tensile strength and plasticity at room and high temperatures, and also heat resistance criteria K and C. This steel can be used to manufacture articles operating under conditions of thermal cyclic loads. Originality. Tensile strength and percent elongation of graphitized steels within the temperature range of 20…800°С have been determined. Calculations of heat resistance criteria to the heat stresses index K and the material's resistance criterion at thermal cyclic loads C within the temperature range 20…800°С in comparison with nodular cast iron of VCh400 grade have been carried out. Practical value. The expediency of using graphitized steel for manufacturing of articles operating under conditions of thermal cyclic loads has been shown.

Текст научной работы на тему «Термостойкость графитизированной стали»

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

УДК:669.141:676.017

В. О. САВЧЕНКО1*

1 Каф. «Технолопя метать», Запорiзький нацюнальний технiчний ушверситет, вул. Жуковського, 64, Запорiжжя, Украша, 69063, тел. +38 (061) 769 82 71, ел. пошта [email protected], ОЯСГО 0000-0002-4305-0097

ТЕРМОСТ1ЙК1СТЬ ГРАФ1ТИЗОВАНО1 СТАЛ1

Мета. У робой необхщно здiйснити дослвдження температурних залежностей механiчних властивостей та термостiйкостi графггизованих сталей в умовах термоциклiчних навантажень. Необх1дно визначити механiчнi властивостi й показники термостiйкостi графiтизованих сталей та чавуну ВЧ400 у дiапазонi температур 20...800 °С. Методика. Графггазоваш сталi з хiмiчним складом (мас. %): 0,61...1,04 С; 1,19...1,59 % 81; 0,32...0,37 % Мп; 0,12.0,17 % А1; 0,008.0,014 % 8 i 0,016.0,025 % Р щддавали термiчному обробленню за рiзними режимами. А саме: нагрiвання до 810 °С - витримка 2 години; охолодження до 680 °С - витримка

2 години з наступним охолодженням iз пiччю для забезпечення ферито-перлiтноi металево! основи з включениями графпу. Для визначення показнишв термостiйкостi (параметр теплових напружень К та критерш стiйкостi матерiалу при термоциктчному наваитаженнi С) визначалися показники мехашчних властивостей графiтизоваиих сталей та чавуну в iнтервалi температур 20.800 °С. Результата. Встановлено, що внаслвдок меншого вмiсту вуглецю та меншо! кiлькостi графiтових включень за показниками граиицi мiцностi й плас-тичносп при шмнатних i високих температурах, а також за критерiями термостшкосп К та С графiтизоваиа сталь перевишуе показники високомiцного чавуну ВЧ400. Ця особливiсть дае можливiсть використовувати и для виготовлення виробiв, що працюють в умовах термоциклiчних навантажень. Наукова новизна. Визначено границю мщносп та ввдносне видовження графiтизоваиих сталей в iнтервалi температур 20.800 °С. Вико-нано, у порiвняннi з високомщним чавуном марки ВЧ400, розрахунки критерив термостiйкостi: параметру теплових напружень К i критерш стiйкостi матерiалу при термоциклiчному наваитаженнi С в iнтервалi температур 20.800 °С. Практична значимiсть. Показано доцiльнiсть використання графiтизоваиоl сталi для виготовлення виробiв, що працюють в умовах термоциктчних наваитажень.

Ключовi слова: графггазована сталь; мехаиiчнi властивостi; термостiйкiсть; термоциктчш навантаження

Вступ

В промисловосп юнують деташ, яю працюють в умовах численних термоциктчних навантажень. Вимоги щодо структури та термостшкосп металевих матер1ал1в, для виготовлення вка-заних вироб1в, визначають термш та надшшсть ix використання [2, 3, 12, 13]. Вважаеться, що основною властивютю металевого матер1алу за цих умов е спроможшсть витримувати циктчну теплову дда. Наведене положення зумовлене виникаючим температурним град1ентом в об'ем1 виробу, що супроводжуеться появою терм1чних напружень, як цикшчно змшюються. Численш цикли таких навантажень призводять до розвит-ку процешв терм1чно! втоми металу. Для виго-товлення деталей, що працюють в указаних умовах, широко використовуються високомщш чавуни та графггизоваш стат. Позитивною властивютю чавушв е ix висока теплопровщшсть. За цим показником вони перевищують граф1тизо-ваш сташ, оскшьки вмют вуглецю в чавунах в 3.4 рази бшьше, шж у сталях. Але пор1вняно

з графггизованими сталями чавуни мають значно нижч1 показники мехашчних властивостей. Bi-домо, що довговiчнiсть використання виробiв за умов термiчноl втоми залежить вiд термостшко-сп матерiалу. Вказаний показник е комплексним i визначаеться низкою властивостей матерiалу, серед яких рiвень виникаючого термiчного на-пруження. Наведена характеристика дозволяе оцiнити опiр матерiалу зародженню i поширен-ню термiчниx i термовтомних трiщин.

З метою оцшки можливостi використання графiтизованиx сталей для виготовлення деталей, як працюють в умовах високих температур, викликае штерес вивчення впливу вмюту вуглецю та кремшю на показники ix термостш-костi. Так, в роботах [4, 7, 8, 11] був виконаний порiвняльний аналiз поведшки графiтизованиx сталей з чавуном ВЧ40 за умови навантажень при пiдвищениx температурах. В [1, 5] тд час порiвняння числових значень термостiйкостi графiтизованиx сталей i чавунiв була виявлена перспектившсть вживання сталей як бiльш термостшкого матерiалу.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

Мета

Метою роботи е дослщження температур-них залежностей механiчних властивостей та термостшкост графiтизованих сталей в умовах термоциктчних навантажень.

Методика

Виплавляли граф^изовану сталь у 60-кшо-грамовш iндукцiйнiй печi з основним футеру-ванням. Легування марганцем здiйснювали присадкою в тч феромарганцю марки ФМн-78 (ДСТУ 3547-97). Модифiкування виконували присаджуванням у кiвш подрiбнених феросит-щю ФС-65 (ДСТУ 4127-2002) та алюмшю марки А99 (ГОСТ 11069-74) перед заливанням рiдкого металу. Лиття металу здiйснювали у сухi шщано-глинист ливарнi форми. Отри-манi виливки для зручност позначимо: сталi з вмютом 0,8 % С, 1,6 % (1), 0,8 % С, 1,2 % (2), 1,19 % С, 1,6 % 81 (3); 1,19 % С, 1,2 % 81 (4) i чавун ВЧ400 (5), при приблизно однаковш концентраци шших елемеипв (0,32-0,37 % Мп; 0,12-0,17 % А1; 0,008-0,014 % 8 i 0,016-0,025 % Р). Термiчну обробку зразюв здiйснювали в елект-ричних печах опору. Технолопя граф1гизуючо-го вщпалу складалася з нагрiву до 810 °С, ви-тримки 2 години, охолодження до 680 °С, ви-тримки 2 години, з наступним охолодженням з пiччю. Проведена термiчна обробка забезпе-чувала формування ферито-перлiтноi металево! основи сталей при одночасному змщненш форми граф^ових включень.

Визначення показникiв мiцностi та пластич-ностi виконували на розривнш машинi УРМ-5 з максимальним зусиллям 50 кН. Мiцнiсть при високих температурах та вщносне видовження сталей здшснювали при випробуваннях в ш-тервалi температур вiд 100 до 800 °С, згiдно з ГОСТ 9651-84. Зразки виготовляли з рiззю зпдно з ГОСТ 1497-87 (ё0 = 5мм). Дослiдження виконували в умовах машини ГМС-20, з муфе-льною шччю опору. Показниками термостшко-стi матерiалiв е параметр теплових напружень К та критерш стiйкостi матерiалу при термоци-клiчному навантаженнi С [9, 10]. Значення вка-заних характеристик визначаються за спiввiд-ношеннями:

К = ^, [Вт/м]; С 5

а Е

а Е

[Вт/м], (1)

де X - теплопровщнють, Вт/(м-°С), аВ - границя мiцностi при розтяганнi, 5 - вщносне видовження, а - коефщент термiчного розширення, Е - модуль пружность

Числове значення яких, як видно з наведе-них формул (1), зростае зi збiльшенням тепло-провщносп (через зменшення градiента температур ^ вiдповiдно, величини термiчних напружень в стшках форми), мщност та пластичнос-тi, що стримують зародження та розповсю-дження термовтомних трiщин, а також зi змен-шенням коефiцiента термiчного розширення а та модуля пружносп Е.

Результати

В результат дослiджень були побудоваш графiки температурних залежностей мехашч-них властивостей та показниюв термостiйкостi граф^изованих сталей рiзного хiмiчного складу та чавуну ВЧ 400, якi наведет на рис. 1-4. Вра-ховуючи, що чим менша величина термiчного розширення, тим менших деформацiй буде за-знавати матерiал, внаслiдок чого слщ очiкувати зростання опору зародженню трiщин термiчноi втоми.

За даними [6] з шдвищенням температури до 400 °С межа мiцностi вуглецевих сталей незнач-но пiдвищуеться, що пояснюеться процесами старiння, якi супроводжуються видшенням рiз-номанiтних дисперсних структурних складових (карбiди, нiтриди). На противагу цьому, для до-слiджуваних сталей було визначено (рис. 1), що з шдвищенням температури до 400 °С межа м> цносп однозначно знижувалася. Так, для сталей з вмютом вуглецю 0,8 % при вмют кремнiю 1,6 %, мiцнiсть знизилася з 820 до 750 МПа. Подальше зменшення його концентраци (до 1,2 %) не призвело до змши характеру залежносп мщ-ностi металу - практично еквщистантний х1д кривих. Хоча загальний рiвень значень мiцностi зменшився. Одне з пояснень наведеного характеру залежностей - наявнють в структурi сталей графпових включень.

В той же час з шдвищенням температури пластичнють сталей (рис. 2) збшьшувалася (з 2 при 20 °С до 35 % при 800 °С). Теплопровщ-нiсть дослiджуваних сталей визначаеться голо-вним чином вмiстом вуглецю та структурним станом.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

Рис. 1. Температурш залежностi меж1 мiцностi графиизовано! сталi та чавуну ВЧ400:

1 - сталь з вмгстом 0,8% С, 1,6% Si; 2 - сталь з вмютом 0,8% С, 1,2% Si; 3 - сталь з вмютом 1,19% С, 1,6% Si; 4 - сталь з вмютом 1,19% С, 1,2% Si; 5 - чавун ВЧ400

Fig. 1. Temperature dependencies of tensile strength of graphitized steel and cast iron VCh400:

1 - steel containing 0.8% C, 1.6% Si; 2 - steel containing 0.8% С, 1.2% Si; 3 - steel containing 1.19% С, 1.6% Si; 4 - steel containing 1.19% С, 1.2% Si; 5 - cast iron VCh400

5,

ри зумовлене зниженням мщносп чавуну та модуля пружносп, а тдвищення значень кри-тер1ю C - значним зростанням характеристик пластичност з температурою.

К, Вт/м

180

150

120

90

60

30

■ч

V Ч J L Ч 1

N. ч г/4 »

1 ^ 3 ¿4 1 V

\7~ N Ч

YJL KS

200

400

600

Т, °С

Рис. 3. Температурш залежносп параметру теплових напружень графггизовано! стал та чавуну ВЧ400. Позначення аналопчш рис. 1

Fig. 3. Temperature dependences of heat stresses parameter of graphitized steel and cast iron VCh400. Designations are similar to Fig. 1

C,

Bt/M 18,0

Рис. 2. Температурш залежносп вадносного видовження графггазовано! сталi та чавуну ВЧ400. Позначення аналопчш рис. 1

Fig. 2. Temperature dependences of percent elongation of graphitized steel and cast iron VCh400. Designations are similar to Fig. 1

Результата розрахунюв параметра К та кри-терда C чавуна (рис. 3, 4) показали, що з тд-вищенням температури параметр К знижувався ид 50 Вт/м при 20 °С до 35 Вт/м при 600 °С. Одночасно з цим критерш C пiдвищувався вiд 4,0 Вт/м при 20 °С до 8,0 Вт/м при 600 °С. Зме-ншення параметра К з шдвищенням температу-

15,0

12,0

ад

6.0

3,0

1 \ 4 > 2

л, / / / N 1 ц/ 4 \ N>

f ) / / H ■v. ч 1 4 I v

/ J / t ,1 / ( \5 k > \

/ ' 4

200

400

600

Т, "С

Рис. 4. Температурш залежносп критерш стшкосп графггазовано! сталi та чавуну ВЧ400.

Позначення аналопчш рис. 1

Fig. 4. Temperature dependences of the resistance criterion of graphitized steel and cast iron VCh400.

Designations are similar to Fig. 1

Параметр теплових напружень К для графг-тизованих сталей знижусться з шдвищенням температури, як i для чавунгв. Разом з цим слгд вгдзначити, що вказана характеристика при те-

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

мпературi 20 °С перевищуе в 2,5...4 рази зна-чення для чавуна i досягае практично однако-вих значень при температурi 600 °С.

Пiд час розрахункiв критерда термостшкос-тi С за сшввщношенням (1) для дослiджуваних металевих матерiалiв був визначений однако-вий характер залежносп. Так, для графiтизова-них сталей, виявлений екстремум при 400 °С, визначаеться здебшьшого стабiлiзацiею характеристики мщносп при зростаннi пластичностi в штерваш температур випробувань 200...400 °С. Подальше збшьшення температури супрово-джувалося зниженням критерiю С, що поясню-еться розвитком процесiв пом'якшення сталей при температурах 600..800 °С. Порiвняно з чавунами критерш С для сталей перевищував аналогiчний показник в 1,5.2 рази. Отримаш результати iз застосуванням характеристик К i С (за визначенням термостшкосп графггизо-ваних сталей порiвняно з сiрим високомiцним чавуном) знаходять яюсне пiдтвердження вщо-мими експериментальними даними.

На основi результата дослщжень [5] визна-чено, що завдяки врахуванню критерiем С характеристики пластичносп матерiалу, його по-рiвняно з К слiд вважати бшьш об'ективним показником. Наведене положення при формальному розглядi може бути прийняте завдяки юнуванню пропорцшно! залежностi рiвня тер-мостiйкостi металевого матерiалу вiд величини пластичних властивостей.

Наукова новизна та практична значимкть

Визначено границю мiцностi та вiдносне видовження графггизованих сталей в iнтервалi температур 20.800 °С. Виконано (порiвняно з високомщним чавуном марки ВЧ400) розра-хунки критерпв термостiйкостi: параметра теп-лових напружень К i критерiю стшкосп матер> алу при термоциклiчному навантаженш С в ш-тервалi температур 20.800 °С. Доведено дощ-льшсть використання граф^изовано! сталi для виготовлення виробiв, що працюють в умовах термоциктчних навантажень.

Висновки

Встановлено, що внаслщок бiльш низького вмiсту вуглецю та меншо! кiлькостi графiтових включень за характеристиками мiцностi та пла-

стичносп, критерiями К та С, граф^изована сталь перевищуе показники високомщного ча-вуну ВЧ400. На шдст^ цього, такi сталi об-грунтовано можуть замiнити високомiцнi чаву-ни для виготовлення визначених виробiв, що працюють в умовах численних термоциктчних навантажень.

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

1. Абрамов, В. В. Термоуравновешенная изложница / В. В. Абрамов, В. А. Курганов. - М. : Металлургия, 1988. - 144 с.

2. Акимов, И. В. Повышение износостойкости графитизированных сталей / И. В. Акимов // Наука та прогрес трансп. Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. - 2013. - № 6 (48) -С. 81-87.

3. Вакуленко, I. О. Металев1 матер1али з шдви-щеною мщнютю для виготовлення вагошв / I. О. Вакуленко, В. Г. Анофр1ев // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Д., 2011. - Вип. 37. - С. 216-219.

4. Волчок, И. П. Оптимизация состава термостойкой графитизированной стали / И. П. Волчок, А. Ю. Яковлев // Стр-во, материаловедение, машиностроение : сб. научн. тр. под ред.

B. И. Большакова. - Вып. 41. Часть 1. - Д. : ПГАСА, 2007. - С. 119-125.

5. Воронова, Н. А. Отливка изложниц из магниевого чугуна / Н. А. Воронова, В. П. Гельд, Н. Т. Ткач // Повышение стойкости изложниц. Темат. отраслевой сб. № 1. - М. : Металлургия, 1972. - С. 75-87.

6. Губкин, С. И. Деформируемость металлов /

C. И. Губкин. - М. : Металлургиздат, 1953. -350 с.

7. Изложницы для слитков легированных сталей / Я. Л. Додин, Л. Г. Саксонов, Л. О. Соколовский, Л. И. Торбочкин. - М. : Металлургиздат, 1963. - 192 с.

8. Твердопаливш ракетш двигуни. Матер1али i технологи / Ф. П. Санш, Л. Д. Кучма, £. О. Джур, А. Ф. Санш. - Д. : Вид-во ДДУ, 1999. - 318 с.

9. Теплопроводность твердых тел : справочник / под ред. А. С. Охотина. - М. : Энергоиздат, 1984. - 321 с.

10. Физические свойства сталей и сплавов, применяемых в энергетике : справ. / под ред. Б. Е. Неймарка. - М.-Л. : Энергия, 1967. - 240 с.

11. Volchok, I. Heat resistance of graphitized steel / Ivan Volchok, Ivan Akimov, Vera Savchenko // Problems of modern Techniques in Engineering and Education-2009. - Krakow : Zaklad Uslug Poligroficznych, 2009. - Р. 103-107.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

12. Pat. 5,139,583, C22C38/00. Graphite Precipitated hot-rolled Steel plate having workability and hardenability and method therefore / Yoshikazu Kawabata, Masahiko Morita, Fusao Togashi (USA). - № US19920822649 ; filed. 21.01.92 ; publ. 18.08.92.

13. Pat. US5830285, C21D1/26; C21D1/84, C21D8/06, C22C38/12, C22C38/60. Fine

В. А. САВЧЕНКО1*

1 Каф. «Технология металлов», Запорожский национальный технический университет, ул. Жуковского, 64, Запорожье, Украина, 69063, тел. +38 (061) 769 82 71, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-4305-0097

ТЕРМОСТОЙКОСТЬ ГРАФИТИЗИРОВАННОЙ СТАЛИ

Цель. В работе необходимо осуществить исследование температурных зависимостей механических свойств и термостойкости сталей в условиях термоциклических нагрузок. Необходимо определить механические свойства и показатели термостойкости графитизированных сталей и чугуна ВЧ400 в диапазоне температур 20...800 °С. Методика. Графитизированные стали с химическим составом (мас. %): 0,61...1,04 C; 1,19.1,59 % Si; 0,32.0,37 % Mn; 0,12.0,17 % Al; 0,008.0,014 % S i 0,016.0,025 % Р подвергали термической обработке в разных режимах. А именно: нагрев до 810 °С - выдержка 2 часа; охлаждение до 680 °С - выдержка 2 часа с последующим охлаждением с печью для обеспечения феррито-перлитной металлической основы с включениями графита. Для определения показателей термостойкости (параметр тепловых напряжений К и критерий стойкости материала при термоциклической нагрузке С) исследовались показатели механических свойств графитизированных сталей и чугунов в диапазоне температур 20.800 °С. Результаты. Установлено, что вследствие меньшего содержания углерода и меньшего количества включений графита по показателям предела прочности и пластичности при комнатных и высоких температурах, а также по критериям термостойкости К и С графитизированная сталь превышает показатели высокопрочного чугуна ВЧ400. Эта особенность дает возможность использовать ее для изготовления изделий, которые работают в условиях термоциклических нагрузок. Научная новизна. Определены предел прочности и относительное удлинение графитизированных сталей в диапазоне температур 20.800 °С. Выполнены, в сравнении с высокопрочным чугуном марки ВЧ400, расчеты критериев термостойкости: параметра тепловых напряжений К и критерия стойкости материала при термоциклических нагрузках С в диапазоне температур 20.800°С. Практическая значимость. Показана целесообразность использования графитизированной стали для изготовления изделий, которые работают в условиях термоциклических нагрузок.

Ключевые слова: графитизированная сталь; механические свойства; термостойкость; термоциклические нагрузки

V. O. SAVCHENKO1*

1 Dep. «Metal Technology», Zaporizhzhia National Technical University, Zhukovskyi St., 64, Zaporizhzhia, Ukraine, 69063, tel. +38 (061) 769 82 71, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-4305-0097

HEAT RESISTANCE OF GRAPHITIZED STEEL

Purpose. The investigation of temperature dependences of steels' mechanical properties and heat resistance under conditions of thermal cyclic loads. It's necessary to determine the mechanical properties and heat resistance indices of graphitized steels and cast iron VCh400 within the temperature range of 20.800°С. Methodology. Graphitized steels of the following chemical composition (mass %): 0.61.1.04C; 1.19.1.59%Si; 0.32.0.37%Mn; 0.12.0.17%Al; 0.008.0.014%S and 0.016.0.025%Р have been heat-treated according to the mode: heating up to 810°С - holding for 2 hours; cooling down to 680°С - holding for 2 hours with further cooling using the furnace in order to provide the ferrite-pearlite metallic base with graphite inclusions. In order to determine heat resistance indices (heat stresses index

Graphite uniform dispersion steel excellent in gold Machinability, Cuttability and Hardenbility, and production method for the same / Sakae Katayama, Toshimi Tarui, Masahiro Toda, Ken-Ichiro Naito (Japan). - № US19960700355 ; filed. 23.08.96 ; publ. 03.11.98.

Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2014, № 4 (52)

K and the material's resistance criterion at thermal cyclic load C) the indices of graphitized steels' and cast irons' mechanical properties in the temperature range of 20...800°С have been investigated. Findings. It has been established that as a result of lower carbon content and smaller quantity of graphite inclusions, graphitized steel exceeds such indices of nodular cast iron VCh400 as: tensile strength and plasticity at room and high temperatures, and also heat resistance criteria K and C. This steel can be used to manufacture articles operating under conditions of thermal cyclic loads. Originality. Tensile strength and percent elongation of graphitized steels within the temperature range of 20.. ,800°С have been determined. Calculations of heat resistance criteria to the heat stresses index K and the material's resistance criterion at thermal cyclic loads C within the temperature range 20. 800°С in comparison with nodular cast iron of VCh400 grade have been carried out. Practical value. The expediency of using graphitized steel for manufacturing of articles operating under conditions of thermal cyclic loads has been shown.

Keywords: graphitized steel; mechanical properties; heat resistance; thermal cyclic loads

REFERENCES

1. Abramov V.V., Kurganov V.A. Termouravnoveshennaya izlozhnitsa [Thermally balanced ingot mould]. Moscow, Metallurgiya Publ., 1972. 144 p.

2. Akimov I.V. Povysheniye iznosostoykosti grafityzovannykh staley [Increasing of wear resistance of the graph-itized steels]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2013, issue 48, pp. 81-87.

3. Vakulenko 1.О., Anofriiev V.H. Metalevi materialy z pidvishchenoiu mitsnistiu dlia vyhotovlennia vahoniv [Metallic materials with increased strength for cars manufacture]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 37, pp. 216-219.

4. Volchok I.P., Yakovlev A.Yu. Optimizatsiya sostava termostoykoy grafitizirovannoy stali [Optimization of heat resistant graphitized steel composition]. Stroitelstvo, materialovedeniye, mashinostroeniye [Consruction, material science, mechanic engineering], Dnipropetrovsk, 2007, issue 41, part 1, pp. 119-125.

5. Voronova N.A., Geld V.P., Tkach N.T. Otlivka izlozhnits iz magniyevogo chuguna [Casting of ingot moulds from magnesium cast iron]. Povysheniye stoykosti izlozhnits. Tematicheskiy otraslevoy sbornik № 1 [Increasing of ingot moulds' strength. Thematic and specialized proc. no. 1], Moscow, 1972, pp. 75-87.

6. Gubkin S.I. Deformiruyemostmetallov [Deformability of metals]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1953. 350 p.

7. Dodin Ya.L., Saksonov L.G., Sokolovskiy L.O., Torbochkin L.I. Izlozhnitsy dlya slitkov legirovannykh staley [Ingot moulds for ingots of alloyed steels]. Moscow, Metallurgizdat Publ., 1963. 192 p.

8. Sanin F.P., Kuchma L.D., Dzhur Ye.O., Sanin A.F. Tverdopalyvni raketni dvyhuny. Materialy i tekhnolohii [Solid-fuel rocket engines. Materials and technologies]. Donetsk, Vydavnytstvo DDU Publ., 1999. 318 p.

9. Okhotin A.S. Teploprovodnost tverdykh tel [Heat conductivity of solid bodies]. Moscow, Energoizdat Publ., 1984. 321 p.

10. Neimark B.E. Fizicheskiye svoystva staley i splavov, primenyayemykh v energetike. [Physical properties of steels and alloys used in energetics]. Moscow-Leningrad, Energiya Publ., 1967. 240 p.

11. Volchok I., Akimov I., SavchenkoV. Heat resistance of graphitized steel. Problems of modern Techniques in Engineering and Education-2009. Krakow, 2009, pp. 103-107.

12. Kawabata Yoshikazu, Morita Masahiko, Togashi Fusao. Graphite Precipitated hot-rolled Steel plate having workability and hardenability and method therefore. Patent USA, no. US19920822649, 1992.

13. Katayama Sakae, Tarui Toshimi, Toda Masahiro, Naito Ken-Ichiro. Fine Graphite uniform dispersion steel excellent in gold Machinability, Cuttability and Hardenbility, and production method for the same. Patent Japan, no. US19960700355, 1996.

Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. А. А. Мтяевим (Украта); д.т.н., проф. I. О. Вакуленком (Украта)

Поступила до редакцп: 30.04.2014

Прийнята до друку: 17.06.2014

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.