Введение к работе
Актуальность работы. Непрерывное повышение требований к качеству современных машин и агрегатов, их долговечности и надежности вызывает необходимость широкого применения прогрессивных конструкционных материалов, обладающих высокими специальными эксплуатационными свойствами (коррозионной стойкостью, жаропрочностью, износостойкостью и другими). Для обеспечения таких свойств материалы легируются различными элементами и при этом, как правило, характеризуются низкими показателями обрабатываемости резанием.
Различные детали автомобильной системы выпуска отработанных газов эксплуатируются в сложных температурно-коррозионных условиях. Их поверхность подвергается газовой коррозии при температурах 200-600 С, а продукты сгорания топлива вместе с находящейся в них влагой при охлаждении создают агрессивную коррозионную среду-конденсат, в котором содержатся различные разбавленные кислоты и другие вредные примеси, что приводит к коррозионному, химическому разъеданию деталей. Кроме того, детали выпускной системы подвергаются атмосферной коррозии, а также абразивному изнашиванию под действием частиц грязи, пыли, химической коррозии от находящейся на дорогах соли. Применяемое в настоящее время высокооктановое топливо, помимо повышения температуры выхлопных газов, в еще большей мере увеличивает их коррозионную активность. В связи с такими условиями работы, детали системы выпуска отработанных газов являются наименее долговечными в автомобиле.
В автомобилестроении передовых стран применяются различные меры для соблюдения все более ужесточающихся обязательных условий по борьбе с загрязнениями воздушной атмосферы выхлопными газами. Для таких деталей систем выпуска отработанных газов, как каталитические преобразователи, выхлопные трубы, глушители широко применяют коррозионно-стойкие стали и сплавы. Наибольшее применение в этих случаях находят нержавеющие стали аустенитного класса.
Высокая вязкость, низкая теплопроводность, склонность к наклепу в процессе механической обработки таких сталей вызывают значительные трудности при их обработке резанием: повышенные силы резания, интенсивное изнашивание режущего инструмента, сложности в достижении низкой шероховатости обработанных поверхностей. Все это, а также сливная, трудно удаляемая из рабочей зоны стружка, образующаяся при резании, делают практически невозможным обработку коррозионно-стойких сталей аустенитного класса традиционного химического состава в условиях автоматизированного массового производства. Это сдерживает расширение номенклатуры деталей автомобиля, изготавливаемых из нержавеющих сталей и имеющих достаточный ресурс эксплуатации в сложных условиях контакта с выхлопными газами.
Мировой опыт показывает, что улучшить обрабатываемость высоколегированных специальных сталей и сплавов возможно путем формирования в структуре материала неметаллических и (или) упрочняющих включений определенного состава и морфологии. Это достигается регулированием химического состава материала и подбором методов и режимов его обработки. Проблема улучшения обрабатываемости резанием нержавеющих сталей, применяемых для систем выпуска выхлопных газов автомобилей, усложняется тем, что изменения в химическом составе и режимах обработки не должны приводить к снижению коррозионной стойкости материала и ухудшению его свариваемости, так как соединение деталей таких систем осуществляется сваркой.
Актуальность темы диссертационного исследования обусловлена необходимостью обеспечения обработки резанием коррозионно-стойких сталей аустенитного класса на автоматических станках в условиях массового производства.
Цель работы. Разработать коррозионно-стойкую сталь аустенитного класса, пригодную для обработки резанием на автоматических станках в условиях массового производства с технологическими и эксплуатационными свойствами, обеспечивающими ее применение для деталей систем выпуска выхлопных газов автомобилей.
Для достижения данной цели в работе необходимо решить следующие задачи:
1.Обобщить и систематизировать имеющиеся в литературе сведения об особенностях структуры и свойств коррозионно-стойких сталей, определяющих их обрабатываемость резанием.
2.Исследовать влияние изменения химического состава и дополнительного микролегирования на структуру (прежде всего состав и морфологию неметаллических включений) коррозионно-стойких сталей и оценить влияние изменения структуры на обрабатываемость резанием.
3.Отработать в условиях металлургического предприятия технологию получения проката коррозионно-стойких сталей рекомендуемого состава с улучшенной обрабатываемостью резанием.
4.Исследовать коррозионную стойкость нержавеющих сталей рекомендуемого состава при коррозионных воздействиях, характерных для деталей систем выпуска выхлопных газов автомобилей.
5.Исследовать влияние изменения химического состава и структуры сталей на свариваемость; отработать условия сварки, обеспечивающие получение качественных соединений.
6.На основании полученных данных об эксплуатационных и технологических особенностях свойств коррозионно-стойких сталей рекомендуемого состава разработать технические условия на поставку стали высокой обрабатываемости резанием.
7. Наладить в условиях ОАО “АвтоВАЗ” производство деталей систем выпуска выхлопных газов автомобилей из коррозионностойких сталей аустенитного класса на автоматических станках.
Научная новизна. Изучено влияние изменений химического состава и микролегирования на особенности формирования микроструктуры, эксплуатационных и технологических свойств коррозионно-стойких сталей аустенитного класса. Установлены закономерности управления структурным состоянием, обеспечивающие их высокую обрабатываемость резанием. Разработаны научные основы технологии получения проката и деталей систем выпуска выхлопных газов автомобилей из сталей нового состава.
Практическая полезность. В результате проведенных исследований разработаны составы коррозионно-стойких сталей аустенитного класса, позволяющие изготавливать детали систем выпуска выхлопных газов автомобилей на автоматических станках. Отработана технология получения проката из рекомендуемых сталей, а также режимы сварки деталей.
Основные положения , выносимые на защиту:
1.Основные закономерности формирования состава и морфологии неметаллических включений в коррозионно-стойких сталях аустенитного класса при изменении химического состава (повышенное содержание серы), дополнительном микролегировании (селеном, теллуром, селеном и теллуром), модифицировании кальцием.
2.Установленные особенности влияния состава и микроструктуры коррозионно-стойких сталей на эксплуатационные (механические, коррозионные) и технологические (литейные характеристики, деформируемость при прокатке, обрабатываемость резанием, свариваемость) свойства.
3.Разработанные составы коррозионно-стойких сталей, обеспечивающие их улучшение обрабатываемости резанием.
4.Научно обоснованные технологические разработки, обеспечивающие изготовление из предлагаемых коррозионно-стойких сталей деталей систем выпуска выхлопных газов автомобилей .
Реализация результатов. В результате проведенной работы разработаны и приняты технические условия ТУ 14-134-295-91 на производство в условиях ОАО “МЕЧЕЛ” горячекалиброванных прутков из коррозионно-стойкой стали высокой обрабатываемости резанием. На ОАО ”АвтоВАЗ” внедрено изготовление из разработанной стали деталей систем выпуска выхлопных газов на станках-автоматах.
Апробация работы. Основные результаты исследований представлялись в виде докладов на международной научно-технической конференции “ Актуальные проблемы фундаментальных наук” (28 октября- 3 ноября 1991 года, г. Москва), III Общероссийской научной конференции
“Новейшие технологические решения и оборудование” (19-21 апреля 2005 года, г. Кисловодск), международной научно-технической конференции
“Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов” (20- 22 сентября 2005года, г. Санкт - Петербург), IV научной конференции с международным участием “Успехи современного естествознания” (27-29 сентября 2005 года, г. Сочи), международной научно-технической конференции “ Высокие технологии в машиностроении” (19-21 октября 2005 года, г. Самара).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 3 статьи, 7 тезисов докладов.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 120 наименований. Диссертация изложена на 146 страницах и содержит 77 рисунков и 22 таблицы.
