CC BY
46
those. Science / O.A. Glotka. - Zaporizya, 2011.- 166 p.- Bibliogr. : p. 142-166. (Ukr.)
6. Glotka O.A. Use refractory scrap for manufacturing Fe-W alloy / O.A. Glotka, A.D. Koval // Visnuk dvugynobydtvannya - 2008.- №2. - P. 164 - 170. (Ukr.)
7. Reference tool steel / [V.I. Kanyka, V.N. Terehov, A.N. Moroz and others] edited by Y.F. Terno-vogo.- X.: "Metallika", 2008.- 224 p. (Rus.)
Рецензент: В.Ю. Ольшанецький д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ЗНТУ»
Стаття надшшла 08.02.2013
УДК 669.14.018.256
© Солщор Н.А.*
ВПЛИВ К1ЛЬКОСТ1 ТА СТУПЕНЯ СТАБ1ЛЬНОСТ1 ЗАЛИШКОВОГО АУСТЕН1ТУ НА ЗНОСОСТ1ЙК1СТЬ I МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1
СТАЛЕЙ З 18 % Сг
В po6omi показана ефективтстъ застосування диференцтного тдходу до вибору ращоналъних режимiв термiчноi обробки сталей з 18 % Cr, що дозволяютъ значно тдвищити ix знососттюстъ за рахунок оптимiзацii Kmb^cmi та стабiлъностi аустешту.
Ключовi слова: структура, метастабтъний аустент, термiчна обробка, фазовi перетворення, мартенсит деформацп.
Солидор Н.А. Влияние количества и степени стабильности остаточного ау-стенита на износостойкость и механические свойства сталей с 18 % Cr. В работе показана эффективностъ применения дифференцированного подхода к выбору рационалъныхрежимов термической обработки сталей с 18 % Cr, позволяющих значителъно повыситъ их износостойкостъ за счет оптимизации количества и стабилъности аустенита.
Ключевые слова: структура, метастабилъный аустенит, термическая обработка, фазовые превращения, мартенсит деформации.
N.A. Solidor. The influence of the quantity and the stability of retained austenite on wear resistance and mechanical properties of steels with 18% Cr. This article shows the efficiency of application of the differentiated approach to the choice of the rational modes of heat treatment of steels from 18 % Cr, allowing considerably to promote their wear resistance due to optimization of amount and stability of austenite.
Keywords: structure, metastable austenite, heat treatment, the phase transformation, martensite of deformation.
Постановка проблеми. Сучасш режими термiчноl обробки зносостшких матерiалiв в основному направлен або на отримання мартенситно-карбщно! структури з високою твердютю для умов абразивного зношування, або стабшьного аустешту для умов ударно-абразивно! ди. Останшм часом для шдвищення мехашчних i службових властивостей отримуе все бшьший розвиток використання принципу самогартування при навантаженш, що засновано на отриман-ш в структурi сталей метастабшьного аустешту i подальшого перетворення його на мартенсит деформаци в процес експлуатацп. Проте для корозшностшких високохромистих сталей даний шдхщ не застосовусться.
Широко вщомо, що термообробка високохромистих корозшностшких сталей мартенсит-ного класу, зокрема 95Х18, в промислових умовах полягае в проведенш гартування вщ темпе-
* канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Приазовсъкий державний техтчний ^верситет», м. Марiуnолъ
ратур близько 1010-1065 °С в масло i вщпуску для зняття напружень при температурi 200 °С на твердiсть 55-60 HRC. Тим часом, вказанi вище обробки не завжди забезпечують необхщний рiвень механiчних та експлуатацiйних властивостей зносостшких сплавiв, оскiльки для сталей 60Х18 i 95Х18 одним з основних критерив довговiчностi в умовах експлуатацп е не тiльки ко-розiйна стiйкiсть, але i зносостшюсть. Тому представляе практичний iнтерес дослщження впливу режимiв термообробки на !х абразивну, ударно-абразивну зносостiйкiсть i мехашчш властивостi.
Аналiз останнiх дослiджень i публiкацiй. Одним з перспективних шляхiв пiдвищення зно-состiйкостi деталей машин та устаткування е вдосконалення режимiв термообробки вщомих сталей i сплавiв, якi дозволяють використовувати !х внутршнш ресурс за рахунок отримання в структурi певно! кiлькостi метастабiльного аустешту, що перетворюеться пiд впливом абразив-них частинок на мартенсит деформацп (ефект самогартування при навантаженнi), i дисперсних карбiдiв [1-3]. Проте ведомостей про зносостiйкiсть корозiйностiйких високохромистих сталей в конкретних умовах зношування залежно вщ !х структури i фазового складу, способiв i режи-мiв термiчно! обробки в лiтературi недостатньо.
Мета статп - бiльш глибоке вивчення впливу режимiв термiчно! обробки на структуру, абразивну й ударно-абразивну зносостшюсть та мехашчш властивосп корозшностшких сталей з 18 % Сг.
Викладення основного матерiалу. Згiдно аналiзу лiтературних даних останнього десяти-лггтя, вельми перспективним напрямом е використання гартування з iзотермiчною витримкою широко вживано! номенклатури сталей мартенситного класу, наприклад, неiржавiючих, що до-зволяе отримувати в структурi певну кшьюсть залишкового аустенiту [4], що, у свою чергу, сприяе тдвищенню !х в'язкостi та опору крихкому руйнуванню при збереженнi високо! мщнос-т1 Застосування дано! обробки може дозволити вельми ефективно управляти кшьюстю аустешту i ступенем його стабшьносп у вiдношеннi до динамiчного деформацшного мартенситного перетворення (ДДМП) стосовно конкретних умов експлуатацп, що, у свою чергу, приведе до тдвищення зносостшкосп даних сплавiв.
У зв'язку з вище викладеним, в робой проводилося вивчення впливу схщчастого гартування на зносостшюсть високохромистих сталей 60Х18 i 95Х18. Зразки дослщжуваних сталей тддавалися гартуванню вiд 1050 °С (час витримки 20 хвил.). Охолодження проводилося у водi протягом 1,5 с i потiм проводилася витримка в печi при температурах 250, 350 i 450 °С. Час витримки складав вщ 30 до 360 хвил. Подальше охолодження проводилося на спокшному повпр^ Результати випробувань термооброблених сталей на абразивне зношування представлен на рис. 1.
1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2
30 60
0 250 °С Ш 350 °С а
90
ä 450 °С
1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2
Час, хвил.
30 60 90 хвил.
0 250 °С Н 350 °С И 450 °С б
0
0
Рис. 1 - Залежнють вщносно! абразивно! зносостшкосп сталей 60Х18 (а) та 95Х18 (б) вщ температурно-часових параметрiв схщчастого гартування
Згщно з отриманими даними, зi зниженням температури i збшьшенням часу витримки при 250-350 °С вiдбуваеться зниження вщносно! абразивно! зносостiйкостi обох сталей, що
обумовлене стабшзащею аустешту у вiдношеннi до ДДМП при навантаженш внаслiдок мож-ливого тдвищення ЕДП, закрiпленням дислокацiй атомами вуглецю (утворенням атмосфер Коттрелла). Протiкання ДДМП за даними [5] може ускладнюватися внаслщок того, що витрим-ки при температурах 250-350 °С приводять до тдвищення межi текучостi аустешту, що вима-гае додаткових енергетичних витрат на зростання мартенситних кристатв. У зв'язку з цим, ди-намiчне деформацiйне мартенситне перетворення на поверхш зразкiв пiд дiею абразивних час-тинок не отримуе помггного розвитку (рис. 1, а та б).
Щцвищення температури до 450 °С сприяе зростанню абразивно! зносостшкосп обох сталей (див. рис. 1). Найбшьша абразивна зносостiйкiсть виявляеться при тривалшш витримцi близько 90 хвил. Це пов'язано з дестабшзащею аустештно! матрицi, унаслiдок збiднення !! вуг-лецем i хромом в результат видiлення карбiдiв, а також зниженням ЕДП [5]. Ц чинники штен-сифiкують мартенситне перетворення при навантаженш (рис. 2-3), сприяючи пiдвищенню опору руйнуванню сталей.
52 53 54 55 56 572Ё.
': град
52 53 54 55 56 S72h б
: град
Рис. 2 - Дифрактограми стат 60Х18 пiсля схiдчастого гартування при температурi сходинки 450 °С: а - поза зоною зношування (Азал.= 45 %); б - в зош зношування (Азал. = 25 %)
а
"3
о ■Й В
52
53 54
55 а
56 57 2©.град 52 53
54
55 б
56 57 2@.
град
Рис. 3 - Дифрактограми стат 95Х18 пiсля схiдчастого гартування при температурi сходинки 450 °С: а - поза зоною зношування (Азал.= 40 %); б - в зош зношування (Азал. = 30 %)
Як показують отримаш данi, схiдчасте гартування може приводити i до стабiлiзацi! аустешту, i до його дестабiлiзацi!. Вардаючи температурно-часовi параметри схiдчастого гартування, можна ефективно управляти ступенем стабшьносп аустешту до ДДМП стосовно конк-ретних умов дп абразивних частинок.
Серiя: TexHÏ4HÏ науки ISSN 2225-6733
2013р.
Вип. 26
Визначення ударно-абразивно! зносостшкосп тсля рiзних режимiв схiдчастого гартування показуе, що зi збшьшенням часу витримки вщ 30 до 90 хвил. в iнтервалi температур 250350 °С вiдбуваеться пщвищення ударно-абразивно! зносостiйкостi обох сталей (рис. 4, а та б), що обумовлене стабшзащею аустешту у вщношенш до ДДМП внаслщок можливого пщвищення ЕДП [5], утворенням атмосфер Коттрелла на дислокацiях. Причому протiкання мартен-ситоутворення при деформацi! може ускладнюватися також унаслiдок того, що витримки при 250-350 °С приводять до пiдвищення межi текучостi аустешту, внаслщок чого потрiбнi додат-ковi енергетичнi витрати на зростання мартенситних кристатв [6]. У зв'язку з цим, ДДМП на поверхш зразюв пiд дiею абразивних частинок розвиваеться вельми поступово i ударно-абразивна зносостшюсть сталей пiдвищуеться.
Нагрiв сталей тсля перерваного гартування до 450 °С, а також збшьшення тривалосп витримки до 90 хвил., навпаки, сприяють зниженню ударно-абразивно! зносостшкосп (рис. 4, а та б). Це обумовлено дестабшзащею аустештно! матриц внаслiдок збiднення !! вуглецем i хромом в результатi видшення карбiдiв, зниження ЕДП, розсмоктування атмосфер Коттрелла.
30 60 90 Час, хвил. 30 60 90 Час, хвил.
И 250 "С g 350 "С И 450 "С 0 25О°С 1350 °С H 450 Т
а б
Рис. 4 - Залежнють вщносно! ударно-абразивно! зносостшкосп сталей 60Х18 (а) та 95Х18 (б) вщ температурно-часових параметрiв схiдчастого гартування
KpiM того, в роботi вивчався вплив схщчастого гартування на мехашчш властивосн ctutî 60Х18. Пiсля стандартно! термообробки - гартування вщ1050 °C у масло i низького вщпуску при температурi 200 °C отримано наступний рiвень механiчних властивостей сталк ов = 1471,00 МПа, у = 8,20 %, S = 4,30 %, KCU = 0,20 МДж/м2. Оптимальний комплекс мехашчних властивостей дослщжено! сталi спостерiгався тсля схщчастого гартування з температурою сходинки 350 °С (табл.).
Таблиця
Вплив часу витримки при схщчастому гартуванш (температура сходинки 350 °C) на мехашчш властивосн стат 60Х18
Час витримки, хвил. 00,2, МПа Ов, МПа S, % %
30 1201 1240 14,2 48,16
60 1578 1692 11,2 36,65
90 1516 1580 16,4 51,00
Висновки
1. Розроблеш рекомендацiï з вибору ращональних режимiв термообробки високохромистих сталей, як забезпечують пiдвищення абразивноï, ударно-абразивноï зносостiйкостi, а також механiчних властивостей залежно вщ хiмiчного, фазового складу та умов експлуатацп.
2. На пщст^ проведених дослщжень обгрунтована необхщшсть реалiзацiï диференцiйного пiдходу до використання змщнювальних обробок. Показано, що, управляючи кiлькiстю i
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
2013р.
Вип. 26
стабшьнютю аустешту, оптимiзуючи !х з урахуванням вихiдного xiMi4Horo i фазового складу стосовно конкретних умов абразивно! дп, можна на сталях з 18 % Cr отримати тдвище-ний рiвень механiчних та експлyатацiйних властивостей.
3. Зпдно з отриманими даними, зi зниженням температури вiд 450 до 250 °С i збiльшенням часу витримки до 60 хвил. при схщчастому гартуванш вiдбyваeться стабiлiзацiя аустешту i, як наслiдок, зниження вщносно! абразивно! зносостiйкостi сталей 60Х18 i 95Х18 та збшь-шення !х ударно-абразивно! зносостiйкостi. Пiдвищення температури до 450 °С, а також збшьшення тривалостi витримок, навпаки, сприяють тдвищенню абразивно! i зниженню ударно-абразивно! зносостшкосп дослiджених сталей. Це пов'язано з дестабшзащею зали-шкового аyстенiтy у вщношенш до ДДМП.
4. Принцип регулювання перетворень при деформацi! (у тому чи^ i мартенситних) вщкривае новi можливостi в пiдвищеннi експлуатацшних i механiчних властивостей не тшьки спеща-льно розроблених рiзнофyнкцiональних сталей (сплавiв), але i тих, що широко вживаються в промисловостi, наприклад, 95Х18.
Список використаних джерел:
1. Попов В.С. Износостойкость пресс-форм огнеупорного производства / В.С. Попов, Н.Н. Брыков, Н.С. Дмитриченко. - М. : Металлургия, 1971. - 157 с.
2. Малинов Л.С. Использование принципа получения метастабильного аустенита и регулирование его количества и стабильности при разработке экономнолегированных сплавов и упрочняющих обработок / Л.С. Малинов // МиТОМ. - 1996. - № 2. - С.35-39.
3. Малинов Л.С. Экономнолегированные сплавы с мартенситными превращениями и упрочняющие технологии / Л.С. Малинов, В.Л. Малинов. - Х. : ННЦ ХФТИ, 2007. - 352 с.
4. Чейлях А.П. Экономнолегированные метастабильные сплавы и упрочняющие технологии / А.П. Чейлях. - Х. : ННЦ ХФТИ, 2003. - 212 с.
5. Малинов Л.С. Влияние старения на развитие мартенситного превращения при деформации в метастабильных аустенитных сталях / Л.С. Малинов, В.И. Коноп-Ляшко // Металлы. -1982.- № 3. - С. 130-133.
6. Попов В.С. Металловедческие аспекты износостойкости сталей и сплавов / В.С. Попов, Н.Н. Брыков. - Запорожье: ВПК «Запорiжжя», 1996. - 480 с.
Bibliography:
1. Popov V.S. Wear resistance of fireproof press molds production / V.S. Popov, N.N. Brikov, N.S. Dmitrichenko. - M. : Metallurgya, 1971. - 157 P (Rus.).
2. Malinov L.S. Using the principle of obtaining metastable austenite and regulating its quantity and stability of the design economically alloys and hardening treatments / L.S Malinov // MiTOM. -1996. - №.2. - P. 35-39 (Rus.).
3. Malinov L.S. Economically alloys with martensitic transformation and hardening technologies / L.S. Malinov, V.L. Malinov. - Kh. : NNC HFTI, 2007. - 352 p (Rus.).
4. Cheilyakh A.P. Economically metastable alloys and hardening technologies / A.P. Cheilyakh. -Kh. : NNC HFTI, 2003. - 212 p (Rus.).
5. Malinov L.S. Impact of aging on the development of the martensitic transformation during deformation of metastable austenitic steels / L.S. Malinov, V. I. Konop-Lyashko // Metally. - 1982. -№ 3. - P. 130-133 (Rus.).
6. Popov V.S. Metal science aspects of abrasion resistant steels and alloys / V.S. Popov, N.N. Brikov. - Zaporozhe : VPK «Zaporizhzhya», 1996. - 480 p. (Rus.).
Рецензент: С.В. Гулаков
д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ПДТУ»
Стаття над шшла 21.01.2013
