Введение к работе
Актуальность темы. Сталь является основным конструкционным материалом при изготовлении машин и конструкций, работающих при низких температурах. Для таких конструкций сталь должна обеспечивать необходимую прочность в сочетании с высокой вязкостью и пластичностью, обладать малой чувствительностью к концентраторам напряжений и низкой склонностью к хрупкому разрушению.
При выборе сталей для работы при низких температурах необходимо учитывать как специфические условия службы конструкции, обеспечения ее работоспособности и ресурса, так и требования экономичности материалов, связанные с уменьшением содержания никеля и других дорогостоящих легирующих элементов. Около 70 % стальных отливок изготавливают из обычных углеродистых, легированных хромом, марганцем и кремнием конструкционных сталей с низкими механическими и эксплуатационными свойствами, особенно при низких температурах. Это приводит к неоправданному завышению массы машин, увеличивает расход запасных частей и снижает эффективность использования техники.
Поэтому актуальнейшее значение приобретает совершенствование таких методов формирования физико-механических свойств стального литья, как модифицирование, микролегирование, термическая, термомеханическая и термохимическая обработка.
Цель работы заключается в обосновании комплексного влияния легирующих элементов, режимов термической обработки на формирование структуры и свойств низкоуглеродистой стали (на примере стали 20ГЛ) и оптимизации ее состава для уменьшения хладноломкости и повышения конструктивной прочности литых деталей при сохранении на необходимом уровне литейно-технологических свойств стали.
При реализации поставленной ЦЄЛИ п^уипиг.ц сгнудгіпіцир гддяци-
РОС НАЦИОНАЛЬНА» } БИБЛИОТЕКА I
изучение вклада каждого из компонентов низкоуглеродистой стали типа 20ГЛ в формирование уровня прочностных, пластических и вязких свойств литых деталей и определение базового состава стали для отливок, обладающих пониженной хладноломкостью;
обоснование системы микролегирования стали и критериев выбора микродобавок, обеспечивающих измельчение зерна и снижение склонности стали к хрупкому разрушению при отрицательных температурах;
исследование легирования низкоуглеродистой стали микродобавками и оптимизация базового состава стали с целью уменьшения ее хладноломкости;
исследование структуры, физико-механических свойств оптимизированного и промышленного сплавов;
исследование влияния различных режимов термической обработки на структуру и свойства микролегированной стали для вагонных отливок;
проведение ресурсных испытаний в экстремальных условиях универсальных крупнотоннажных контейнеров производства ОАО «Абаканвагонмаш» с литыми деталями (угловые фитинги) из стали оптимизированного состава в сравнении с контейнерами зарубежного производства.
Научная новизна работы состоит в следующем:
установлены закономерности совместного влияния С, Mn, Si, AJ на процессы структурообразования и характер изменения комплекса механических свойств конструкционной стали 20ГЛ. Выявлены пути реализации наилучшего сочетания прочностных, пластических и вязких свойств, снижающие склонность стали к хрупкому разрушению за счет одновременного действия различных механизмов упрочнения: в первую очередь за счет измельчения зерна и зернограничного упрочнения;
изучено влияние микролегирования низкоуглеродистой стали адсорбци-онно-активным алюминием в пределах 0,02-0,05 % на механизмы измель-
* P#S,*-"„ ' 4
* к* а? е,. :
чения зерна и нейтрализацию охрупчивающего действия вредных примесей;
создана математическая модель процесса формирования показателей качества литейной низкоуглеродистой стали 20ГЛ и методом математического анализа оптимизирован ее состав;
получены новые данные по влиянию нерегламентируемых параметров нормализации, в частности ускоренного индукционного нагрева, на механические свойства стали, что позволило управлять процессом термической обработки с целью получения мелкозернистой ферритно-перлитной структуры с равномерным распределением перлита, и повысить более чем на 20 % ударную вязкость стали при отрицательных температурах.
Практическая ценность работы. Предложен способ микролегирования низкоуглеродистой стали алюминием в пределах 0,02-0,05 %.Оптимизирован химический состав стали 20ГЛ на основе улучшения механических свойств. Разработаны и предложены рациональные технологические параметры термической обработки отливок из стали 2 ОПТ.
Реализация результатов работы. Разработанный технологический процесс изготовления вагонных отливок из стали 20ГЛ опробован в условиях ОАО «Абаканвагонмаш» и внедрен в литейном цехе контейнерного завода. Результаты работы внедрены в учебный процесс при чтении лекций и выполнении лабораторных работ по дисциплинам «Литейные сплавы и плавка», «Технология литейного производства» на кафедре «Литейное производство и обработка металлов давлением» в ГОУ ВПО КГТУ.
Апробация работы. Результаты работы доложены на VI Международной научно-практической конференции «Современные техника и технологии» г.Томск, 2000 г., на Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного производства», посвященной 270-летию города Барнаула, г.' Барнаул, 2000г., на Межвузовской научно-практической конференции, посвященной 45-летию КГТУ, г. Крас-
ноярск, 2001 г., на Международной научно-технической конференции «Литейное производство и металлургия 2002- качество и эффективность», Республика Беларусь, г. Минск, 2002г., на семинарах кафедр «Литейное производство и ОМД» КГТУ и «Литейное производство» КГАЦМиЗ.
Личный вклад автора. Автору принадлежат постановка задач данного исследования, обоснование и разработка основных положений, определяющих научную новизну и практическую значимость работы. Автор принимал непосредственное участие в экспериментальных исследованиях, в обработке и анализе полученных результатов.
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 работ, в том числе 2 тезиса докладов и 7 статей.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов по работе, списка использованных источников и приложений. Материалы работы изложены на 121 странице, содержат 19 таблиц, иллюстрированы 47 рисунками. Библиография состоит из 136 наименований.
