Введение. Перспективная сталь 10Х3Г3МФС (С = 0,1; Mn = 2,51; Cr = 2,75; Mo = 0,40; V = 0,12; Si = 1,25), разработанная для нефтедобывающего машиностроения, обладает хорошей технологичностью и прочностными характеристиками, однако уровень ударной вязкости после традиционных режимов термической обработки находится на достаточно низком уровне. Статья посвящена исследованию возможностей формирования метастабильных структурных состояний при межкритической закалке стали 10Х3Г3МФС для повышения уровня ударной вязкости при сохранении прочностных характеристик. Предметом исследования являются процессы структурообразования в исследуемой стали при нагреве в межкритический интервал температур с последующей закалкой. Целью данной работы служит изучение возможностей управления структурой и свойствами стали 10Х3Г3МФС с использованием изотермической аустенитизации в МКИТ с получением дисперсной структуры. Методы. При исследованиях использовали дилатометрический анализ с применением закалочного дилатометра Linseis R.I.T.A. L78, металлографический анализ с использованием светового инвертированного микроскопа OLYMPUS GX 51 и электронно-микроскопический с применнеием просвечивающего электронного микроскопа FEI Tecnai 20 G2 TWIN. Испытания на одноосное растяжение проводили с использованием универсальной гидравлической системы для статических испытаний INSTRON-SATEC 300 LX, ударную вязкость определяли на маятниковом копре КМ-30 с последующим фрактографическим анализом на световом микроскопе Olympus SZX-16 и растровом электронном микроскопе Hitachi S-3400N. Результаты и обсуждения. По результатам исследования процесса непрерывного нагрева исследуемой стали построена термокинетическая диаграмма образования аустенита с обозначением критических точек А и А. Установлено, что с увеличением скорости нагрева происходит снижение критической температуры А и повышение А. Исследование процесса изотермической аустенитизации показало, что при температуре 710 °С образуется 27 % γ-фазы, при 750 °С - 59 % γ-фазы, при 800 °С - 76 % γ-фазы, а в процессе выдержки при 860 °С происходит полная аустенитизация с получением 100 % γ-фазы. Обнаружено, что при увеличении температуры изотермической выдержки доля атермического аустенита возрастает, а изотермического - снижается. Построена изотермическая диаграмма образования аустенита исходно закаленной стали 10Х3Г3МФС. Изучение процесса структурообразования стали 10Х3Г3МФС выявило, что в процессе аустенитизации при 715 °С развивается первая стадия образования аустенита по границам бывших аустенитных зерен и мартенситных пакетов. Увеличение температуры аустенитизации до 750 °С приводит к развитию второй стадии аустенитизации по границам мартенситных реек. При температуре 800 °С вторая стадия получает дальнейшее развитие, что после закалки приводит к формированию мартенситного каркаса по межреечным границам исходной α-фазы. Данные прослойки исходной α-фазы фрагментированы дислокационными границами и упрочнены небольшим количеством карбидных частиц. В мартенситном каркасе присутствуют тонкие прослойки остаточного аустенита. Встречаются свежезакаленные области полиэдрической формы, которые сформировались на границах зерен исходного аустенита или границах исходных пакетов. Увеличение температуры нагрева до 860 °С вызывает завершение процесса a→γ-превращения в процессе выдержки, что при охлаждении в результате закалки приводит к получению структуры пакетного мартенсита, в котором встречаются двойники. По результатам испытания характеристик прочности и пластичности установлено, что закалка из МКИТ начиная с температуры 800 °С приводит к небольшому снижению временного сопротивления (на 8 %), однако предел текучести практически не уменьшается. Относительное удлинение остается на уровне исходно закаленной стали, а относительное сужение заметно увеличивается (с 54 до 60 %). Существенно, более чем на 70 %, возрастает уровень ударной вязкости КСТ исследуемой стали (до 0,76 МДж/м). По данным микрофрактографического анализа образцы после динамических испытаний разрушаются по вязкому механизму. Полученный режим термической обработки позволяет повысить уровень ударной вязкости исследуемой стали без потери в прочности изделий любых габаритных размеров для нефтедобывающего машиностроения.
Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты)
2017. — Выпуск 4
Содержание:
Цель: выявление особенностей разрушения сварных соединений алюминиево-магниевого сплава с дефектной структурой, выполненных способом сварки трением с перемешиванием. В работе представлены результаты анализа разновидностей структурных дефектов сварного шва и их влияние на прочность сварных соединений при статическом растяжении. Приведен краткий обзор основных причин возникновения несплошностей структуры сварного соединения, дана оценка влияния основных параметров температурного режима в зоне сварки на получение качественного шва. На основании данных фрактографического анализа поверхности разрушения образцов сварных соединений и послойного металлографического анализа материала в зоне дефекта описаны виды характерных дефектов и обсуждается природа их возникновения. Полученные результаты указывают на определяющую роль характера пластического течения материала в зоне движущегося инструмента в формировании структуры и свойств сварного соединения и могут быть учтены при выборе режимов сварки трением с перемешиванием и контроле качества сварных соединений. Методы: экспериментальные исследования проводились на лабораторной установке для сварки способом трения с перемешиванием, изготовленной в ИФПМ СО РАН. Испытания на статическое растяжение были выполнены с помощью разрывной машины типа УТС110М-100. Структурные исследования проводили методами оптической и растровой микроскопии с использованием электронного сканирующего микроскопа MiniSEM. Результаты и обсуждение. На примере пластин сплава АМг5М разной толщины показано влияние основных параметров технологического процесса сварки на качество сварных соединений. Показано, что режим сварки обусловливает вид и размер образующихся дефектов, механическую прочность и характер разрушения сварных соединений. По данным сравнительного анализа топографии излома образцов после растяжения установлено, что в зоне дефекта имеется переход материала от вязкого характера разрушения к хрупкому. Выявлены особенности формирования дефектной структуры сварного шва при варьировании величиной тепловложения при сварке. Показано, что не толщина свариваемых пластин оказывает влияние на тип образующегося дефекта, а количество тепла, вводимое в зону сварки. На основании полученных результатов фрактографического анализа поверхности разрушения образцов сварных соединений и послойного металлографического анализа материала в зоне дефекта описаны виды характерных дефектов и обсуждается природа их возникновения.
Ключевые слова
Введение. Сварка оказывает большое влияние на работоспособность создаваемых конструкций, эксплуатируемых в условиях низких климатических температур, вследствие снижения сопротивляемости зарождению и распространению трещин в зоне термического влияния и металла шва. Несмотря на существующее достаточно большое количество способов повышения надежности сварных соединений некоторые из них сейчас полностью исчерпали свои возможности, а другие не доведены до стадии широкого практического применения. Поэтому разработка необходимой специальной технологии сварки в условиях низких температур остается актуальной проблемой. Цель работы: изыскание путей повышения надежности сварных соединений металлоконструкций ответственного назначения при сварке в условиях низких температур. В работе исследованы сварные соединения стали 09Г2С, полученные сваркой на постоянном токе и в режиме импульсной низкочастотной модуляции тока в условиях положительных (+20 С) и отрицательных (-45 С) температур окружающего воздуха с применением трех новых марок сварочных электродов. Методами исследования являются механические испытания на статистическое растяжение и на ударный изгиб образцов сварных соединений, а также спектральный анализ химического состава и металлографические исследования металла шва. Результаты и обсуждение. Выявлено, что эксплуатационные показатели металлоконструкций зависят от выбора способа и температуры выполнения сварки, а также характеристик сварочного материала. Установлено, что для повышения значений ударной вязкости образцов, сваренных в условиях отрицательных температур методом адаптивной импульсно-дуговой сварки, требуется увеличение тепловложения, относительно погонной энергии, реализуемой в процессе сварки образцов при положительной температуре. Подтверждён эффект измельчения структуры металла шва при использовании адаптивной импульсно-дуговой сварки покрытыми электродами, в том числе и в условиях отрицательной температуры окружающего воздуха (вплоть до -45 °С). Представленные результаты подтверждают перспективность развиваемого подхода, направленного на получение новых классов материалов и изделий из них, предназначенных для работы в условиях Севера и Арктики.
Ключевые слова
Цель работы: выявление причин высокой деформационной пластичности белых чугунов в обычных условиях ковочного производства. Материалы и методы исследования. Объектом исследования были выбраны высокочистые белые чугуны БЧ24A (2.42 % C, 0.092 % Si, 0.14 % Mn, 0.007 % P, 0.023 % S) и БЧ27A (2.78 % C, 0.02 1% Si, 0.14 % Mn, 0.006 % P, 0.022 % S). Химический состав белых чугунов контролировали с помощью оптико-эмиссионного спектрометра типа ARL 3460. Деформацию сплавов осуществляли на пневматическом молоте МБ-412 с весом падающих подвижных частей 150 кг, предназначенного для кузнечных работ методом свободной ковки в условиях мелкосерийного производства. Нагрев образцов под термическую обработку осуществляли в камерной лабораторной печи типа СНОЛ 6/11. Структурные исследования проводили с помощью оптического микроскопа серии МЕТАМ РВ-21-2. Результаты и обсуждения. Выяснено, что деформация белых чугунов в обычных условиях ковочного производства возможна только при минимальном количестве постоянных примесей. Разработаны режимы высокотемпературных промежуточных отжигов для осуществления процесса ковки литых белых чугунов. Показано, что в процессе изотермического отжига в белых чугунах начинается процесс распада ледебурита в более устойчивые карбиды эвтектического типа, которые обеспечивают технологическую пластичность для последующей обработки давлением. Установлено, что деформация ускоряет процесс завершения распада ледебурита и способствует образованию ограненных эвтектических карбидов. Изучено влияние чистоты белого чугуна на формирование особой морфологии избыточного цементита в виде ограненных эвтектических карбидов. Исследована морфология избыточных карбидных фаз в литом состоянии после предварительного отжига и после деформации ковкой. Выяснена возможность протекания карбидных превращений в ледебурите высокочистого белого чугуна в процессе изотермического отжига. Установлено, что после интенсивной пластической деформации структура белого чугуна становится термически устойчивой, благодаря появлению ограненных эвтектических карбидов. Определено, что структура деформированного белого чугуна, из-за отсутствия в ней ледебуритной составляющей, напоминает структуру легированных ледебуритных сталей. Разработаны рекомендации по контролю за морфологией образования ограненных эвтектических карбидов в сплавах высокочистого белого чугуна.
Ключевые слова
Цель: изучение процессов формирования структуры в сваренных взрывом материалах с использованием подхода, основанного на совместном анализе результатов математического моделирования и структурных исследований. Методы: в качестве объекта исследований применялась низкоуглеродистая сталь 20, пластины которой соединялись взрывом. Полученный биметалл анализировался с методами оптической микроскопии, растровой электронной микроскопии (РЭМ) и просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Численное моделирование процесса высокоскоростного соударения стальных пластин проводилось в программном продукте Ansys Autodyn методом гидродинамики сглаженных частиц (Smooth Particle Hydrodynamics, SPH). Результаты и обсуждение. Свойства сваренных взрывом материалов в значительной мере определяются структурой тонких слоев, возникающих на межслойных границах при высокоскоростном соударении заготовок. В этих слоях материал претерпевает наиболее существенные структурные изменения. Основная часть свариваемых взрывом пластин деформируется незначительно и остается в слабонагретом состоянии. Высокие скорости деформационных процессов, развивающиеся на межслойных границах, приводят к существенной локализации и разогреву материала вблизи межслойной границы. Пластическая деформация при сварке взрывом происходят в условиях, близких к адиабатическим. Такие условия способствуют фазовым превращениям вблизи межслойной границы и даже локальному плавлению отдельных микрообъемов. В связи с высокой температуропроводностью металлов и значительным температурным градиентом дальнейший отвод тепла в слабодеформированные объемы пластин происходит с высокими скоростями (10…10 К/с). Это приводит к формированию вблизи межслойной границы метастабильных (в частности, мартенситных) структур. Структура материала, формирующаяся вблизи межслойных границ, является результатом конкуренции процессов деформационного упрочнения и термического разупрочнения свариваемых взрывом металлических заготовок. Показано, что метод гидродинамики сглаженных частиц адекватно воспроизводит явления волно- и струеобразования при сварке взрывом, а геометрические параметры волн, предсказываемых моделью, хорошо согласуются с экспериментальными данными. Максимальные значения пластической деформации в узком слое вблизи межслойных границ могут превышать e = 6.
Ключевые слова
Объект исследования: статья посвящена вопросу создания экологически безопасной, технологически эффективной и экономически выгодной высокопроизводительной комплексной схемы по переработке свинецсодержащих промпродуктов и отходов, в частности, силикатного шлака (CШ), образующегося при плавке медеэлектролитного шлама, с получением товарных моноэлементных продуктов. Для анализа поведения поликомпонентного сплава в процессе переработки, предварительного выбора температуры и давления системы, оценки эффективности разделения компонентов при вакуумной перегонке используют фазовые диаграммы температура-состав « Т-х » и давление-состав « Р-х ». Цель работы: расчет равновесных состояний «газ-жидкость» VLE ( vapor liquid equilibrium ), в том числе зависимости состава фаз от температуры ( Т - х ) и давления ( Р - х ) для Sb-Ag сплава при вакуумной перегонке на основе модели MIVM ( мolecular interaction volume model ), а также определение термодинамических параметров процесса. Используемые методы и подходы: расчет коэффициентов активности компонентов Sb-Ag сплава выполнен с помощью объемной модели молекулярного взаимодействия мolecular interaction volume model ( MIVM ). Новизна: расчет диаграмм VLE с использованием модели MIVM . Основные результаты: в интервале температур 823…1073 К рассчитаны давления насыщенного пара (Па) для Ag (0,0053…50,544) × 10 и Sb (3,954…273,664). Высокие значения р */ р * = (74,488…0,514) × 10 и коэффициента разделения logβ = 5,842…12,253 создают теоретические предпосылки для селективного выделения этих металлов вакуумной дистилляцией, когда сурьма обогащается в газовой фазе (β > 1), а серебро - в жидкой. Мольная доля cеребра в газовой фазе у = (0,00001…1296,8) × 10 увеличивается с ростом температуры 823-1073 К и мольной доли металла в сплаве х = 0,1…0,9. С использованием модели MIVM рассчитаны коэффициенты активности сурьмы QUOTE = 0,060…0,945 и серебра g = 0,000377…0,974 для Sb-Ag сплава различного состава в исследованном температурном диапазоне. Для фазовых диаграмм VLE может быть использовано правило рычага (правило отрезков) для прогнозирования количества вещества, остатков и возгонов при заданной температуре. Для границы раздела фаз «жидкость-газ» Sb-Ag сплава определены значения избыточных энергии Гиббса, энтальпии и энтропии: = 1,9…6,9 кДж/моль; - = 2,03…8,77 кДж/моль; = 0,13…2,55 Дж/моль × К. Практическая значимость: фазовые диаграммы VLE сплавов обеспечивают необходимой информацией для проектирования технологических параметров промышленного производства вакуумной металлургии, а также для прогнозирования температуры и давления процесса с целью получении Ag- и Sb-содержащих продуктов заданного состава.