Введение к работе
Актуальность темы. В условиях перехода страны к рыночной экономике качество, конкурентноспособность и экономичность выпускаемой продукции приобретают главенствующее значение. Одним из путей решения поставленной задачи применительно к металлургической и машиностроительной отраслям промышленности является расширение выпуска и применения экономнолегированных и, в частности, микролегированных сталей. Наиболее распространенным микролегирующим элементом является бор, использование которого позволяет не только снизить экономические затраты на производство высококачественных сталей, но и существенно сократить энергоемкость последующей механической обработки. Легирование бором способствует повышению прокаливаемое, вязкости, свариваемости, улучшает обрабатываемость резанием и давлением низко- и среднеуглеродистых конструкционных сталей.
Благодаря исследованиям советских и зарубежных ученых Архарова В.И., Винарова СМ., Гудцова П.Т., Гольдштєііна Я.Е., Гранте, Гарвея, Николсона, Уэно, Майтрепьерра и др. накоплен большой экспериментальный и теоретический материал о структуре и свойствах бореодержащих сталей. Однако високая эффективность шншния микродобавок' бора на прокаливаемость сталей сконцентрировала внимание исследователей преимущественно па этой проблеме. Значительно менее изученным является воздействие бора на распад аустенита по диффузионному механизму. Из выработана единая точка зрения о влиянии режима закалки на структурообразонание и свойства борсодер-нащих сталей, противоречивы данные о воздействии микродобавок бора на положение критических точек сталей, и практически отсутствуют сведения о влиянии бора на структурообразованпе при отпуске закаленных ста;зй.
В то же время 'эти проблеми явллются весьма важными для таких перспективных направлений использования борсодертащих сталей, как получение высококачественных полуфабрикатов контролируемой прокаткой и изготовление изделий методом холодной объемной штамповки. Предварительная термическая обработка в значительной степени определяет способность материала к обрабатываемости давлением и уровень свойств после окончательной термической обработки, а в ряде случаев завершающая термическая обработка этих изделий мотет не' применяться. Оптимизация режимов термической обработки сталей является существенным резервом повышения качества,работоспособности и долговечности изделий при эксплуатации,' представляет научный
интерес и имеет практическое значение.
Диссертационная работа выполнена в Тульском политехническом институте в рамках тематического плана НИР ТулПИ, координируемого ЫинйГЗоы РСЇСР- тема 28-81, регистрационный номер 80065220.
Автор защищает:
установленные закономерности влияния темпэратурно-времен-ных параметров термшеской оо'рао'отки на распределение бора, микроструктуру и свойства борсодерггащих сталей после различных режимов термітческой обработки;
методику выявления аустенитного зерна в борсодержащих сталях с использованием трековой авторадиографии;
механизм влияния бора на структурообразование углеродистых и низколегированных сталей при замедленном охлаждении от температуры аустенитизации;
механизм влияния микродобавок бора на повышение устойчивости против разупрочнения при отпуске углеродистых и марганцовистых сталей, подвергнутых высокотемпературной закалке;
рекомендации но выбору оптимальных режимов термической обработки низколегированных конструкционных борсодержащих сталей.
Цель работы. Установление закономерностей влияния темпера-турно-временных параметров тер/ической обработки на структуру и свойства углеродистых и низколегированных сталей и разработка на этой основе режимов их термической обработки, обеспечивающих повышение эксплуатационных свойств.
Общая методика исследований. Изучение влияния темлературно-временных параметров термической обработки на распределение бора и углерода в структуре сталей проводили с использованием методов трековой и актквацпон-!ой апторадиограЛ-ии. Уикроструктурные исследования выполняли на оптическом микроскопе " Neophot ", анализаторе структуры " Еpiquant " и электронном микроскопе SMB-I00JI-. Рентге-ноструктурный анализ проводили с помощью дк<}рактометра " ДР0Н-2.0". Измерения макро- и микротвердости осуществляли в соответсвии с ГОСТ 9450-76 и 9013-59 на приборах ТК-2М и ПМТ-3. Для определения критических точек сталей использовали электронный вакуумный дилатометр " Formastcr-F ". Механические испытания проводили на универсальной мэиине Р-5 в соответствии с ГОСТ 1497-84 и на копре МК-30 по ГОСТ 9454-78.
Обработку экспериментальных результатов и оценку их достоверности выполняли ыя основе ГОСТ 8.2С7-76.
Научная новизна;
разработана методика выявления границ зерен аустенига в борсодержащих сталях, основанная на авторадиографической идентификации сегрегации бора, формирующихся на ыежзерешшх границах в аустените при замедленном охлаждении, и обеспечивающая повышение точности, уменьшение трудоемкости И возможность автоматизации измерений;
методом двухэлементно!! активационной автораднографил установлена опережающая сегрегация бора на структурних несовершенствах при замедленном охлаждении, обуславливающая понижение равномерности распределения и концентрации углерода в объеме зерен;
выявлено, что доминирующей причиной увеличения объемной доли и дисперсности квазиэвтактсида в структуре отожженных и нор-мализованных борсодержащих сталей является конкурентная сегрегация бора на межзеренных границах, предотвращающая образование грубых выделений структурно-свободного цементита и способствующая повышению равномерности распределения углерода;
построена термскинетическая диаграмма распада переохлажденного аустенита стали 40Р;
установлен механизм влияния микродобавок бора на повышение устойчивости против разупрочнения при отпуске углеродистых и марганцовистых сталей, подвергнутых высокотемпературной закалке, учитывающий торможение реяристаллизационных процессов в феррите в результате формирования стабильной полигональной структуры, заблокированной дисперсными выделениями борсодсржащей фазы.
Практическая ценность и реализация результатов работы. На основе выполненных исследований разработаны рекомендации по рациональным режимам термической обработки низко- и среднеуглеродистых борсодержащих сталей, обеспечивающие существенное повышение их эксплуатационных свойств. Для широко используемой в машиностроении конструкционной стали ЗОХРА рекомендован режим термической обработки, заключающийся в нагреве до 1000...1050 С и последующей закалке в воде, что обеспечивает увеличение прокаливаемое и ударной вязкости в низкоотпущенном состоянии на <* 25 % при сохранении прочностных и пластических характеристик на уровне, соответствующем термической обработке по "стандартной" технологии. На базе проведенных разработок совместно с НИНАМ рекомендована замена сложнолегированной, получаемой по импорту стали типа 38ХГНМ, используемой на УАЗе для изготовления методом холодной объемной штамповки деталей "палец с шаровой головкой", на борсодержащую сталь 30ГІР. Ожидаемый годовой экономический эффект- 'db тыс.руб.
(доля ТулПИ- 10 тыс.руб.).
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуждены на ІУ Всесоюзной научно-технической конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий (Запорожье, 1989), 2-й Всесоюзной школе-семинаре по твердотельным трековым детекторам и авторадиографии (Одесса, 1969) , Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов "Интенсификация металлургических процессов и повышение качества металлов и сплавов" (Тула, 1990) к ХХІУ, ХХУ, ХХУІ научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава ТулІШ.
Публикации. Основные результаты работы изложены в 6 статьях.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа выполнена на 150 страницах к включает введение, обзор литературы, методическую главу, 2 исследовательские главы, заключение, список литературы и приложения; содержит 130 страниц печатного текста, 30 рисунков, 19 таблиц, библиографический список из 180 наименований.
