Введение к работе
Актуальность проблемы. Разработка и внедрение прогрессивных малоотходных и ресурсосберегающих технологических процессов, повышение качества продукции за счет использования изделий с высоким комплексом свойств являются основными задачами эффективного развития металлургии и машиностроения. Решении этих задач опоооботвуві создание и широкое использование совмещенных технологий дефорнацион-но-термической обработки металлопродукции, разработка новых материалов, позволяющих обеспечить при этом получение наиболее ощутимого эффекта в технике.
В связи с этим представляется необходимым выполение исследований и анализ процессов формирования структуры и изменения комплекса свойств конструкционных сталей при'деформационно-тармичеокой обработке. Явления, происходящие при реализации совмещенных обработок, предусматривающих закалку на мартенсит, изучены более детально, в отличие от процессов струкгурообразоваыия в стали в случав диффузионных превращений. Внедрение технологий совмещенной де-формационно-термичвской обработки применительно к производству металлопродукции, являющейся полуфабрикатом для последующего изготовления изделий разными методами, являетоя одним из перспективных направлений в развитии металлообработки.
Научно-исследовательские работы по данной теме проводились в рамках программ "Металл" Минчэрмета СССР и Минвуза CCGP, Распоряжения Совета Министров СССР * 225чр от 15.11.1984г., отраслевых координационных планов Минчермета СССР и УССР, тематических планов Донецкого политехнического института.
Це,ль работы. Установление закономерностей и особенностей формирования структуры и свойств деформированных конструкционных сталей, претерпевающих преимущественно диффузионные превращения при нагреве и охлаждении, под влиянием изменения их состава и параметров предшествующей и непосредственной деформационно-термической обработки; создание на основе результатов выполненных исследований новых сталей и прогрессивных ресурсосберегающих оовмещенных технологий обработки сортового проката и заготовок деталей машин о требуемыми комплексом механических и технологических свойств и структурой.
На основании результатов выполненных исследований в диссертации изложены научно обоснованные технологические решения, разработка и реализация которых вносят значительный вклад в ускорение
научно-технического прогресса.
Научная новизна. Получены новые данные о структурных изменениях а аустените углеродистых и низколегированных стале.; в зависимости от условий горячей пластической деформации прокаткой и ковкой, параметров нагрева и предшествующей деформационно-термической об-раоотки.
Экспериментально .установлено, что при нагреве сталей с исходной Феррито-перлитной структурой может проявляться эффект структурной наследственности в форме образования крупного зерна аустенита с по-оледуощим его измельчением; явление отруктурной наследственности предложено использовать с целы) огрубления структуры наоледственно-иелкозеркистых сталей при предварительной термической обработке поковок и штамповок.
/становлено, что при подстуживакии после високотемпературного нагрева доэвтектоидних сталей может происходить укрупнение ауотенит-ного зерна, что оказывает влияние на структурные изменения, происходящие в горячедеформированном аустените.
Получены экспериментальные диаграммы динамической рекристаллизации горячекатаных конотрукционпых сталей о разным содержанием углерода и выполнен анализ структурных изменений в горячедеформированном аустените; повышение оодержання углерода в доэвтектоидних талях ускоряет динамическую рекристаллизации аустенита; различая в кинетике этих процессов в сталях разного состава уменьшается с повышением степени горячей деформации.
Установлено, что горячая пластическая деформация опособствует увеличении относительной глубины обезуглероженного и цементованного приповерхностного слоя стали; интенсифицирующее влияние горячей деформации на перенос углерода в стали усиливается с повышением степени, а при больших обжатиях - и о понижением температуры прокатки.
Установлено, что путем регламентации твмпвратурно-деформацион-иых режимов прокатки можно обеспечить как упрочнение, так а разупрочнение ервдкеуглеродистых конструкционных сталей, что обусловлено преобладающим воздействием ха их овойотва изменения соотношения структурных составляющих в сравнении со степенью дисперснооти структури.
Обоснована возможность повышения пластических свойств и способ?» нести к осадке в холодном состоянии стали за очет ее легирования влгііі.ініієи в количествах 0,15...О,ЗС$; это позволяет использовать подкат лі гпких сталей для изготовлиния методом холодной высадки рмьоогчп. крепвАных изделий с высоким комплексом механических
свойств с исключением при этом операций термической обработки у потребителя.
Получены и обобщены новые данные о характере и степени влияния условий предшествующей деформации в аустенитной и феррито-цементит-ной областях на структуру среднеуглеродистых сталей, формирующуюся непосредственно после такой обработки, а также в результате после-. дующей термической обработки с фазовой перекристаллизацией и «тамга при субкритичэских температурах.
Проанализированы основные отличительные особенности диффузионного превращения переохлажденного аусгенита конструкционных сталей при реализации совмещенных процессов деформации и термической обработки; обсуждены возможные причины и условия образования в деформированных доэвтектоидных сталях неоднородного по составу и строению квааиэвтектоида, структурно связанного феррита.
Обоснованы технологические параметры ряда совмещенных процесоов деформации и термической обработки конструкционных сталей: упрочняющей ВТМО с перлитным превращением сортового проката, разупрочняю-щей ГМО среднеуглеродистых сталей, деформационно-термической обработки бунтового подката для производства высокопрочных рвзьбовых крепежных изделий, ТМО заготовок валов на стане поперечно-клиновой врокатки, предварительной термоиеханикотермической обработки поковок и штамповок из наследственно-мелкозернистых сталей.
Практическая значимость работы. Реализована возможность изготовления высокопрочных резьбовых крепежных изделий класса прочности 8.3 с исключением технологических операций офероидизирующего отжига подката и окончательной термической обработки - улучшения готовых изделий. Разработаны технические условия ТУ I4-I-'tOII-85, по которым осуществлялась поставка подката из сталей о повышенным содержанием алюминия. Разработан метод оценки способности отали к садке в холодном состоянии, позволяющий получить данные для прогнозирования ее технологических характеристик. Создан классификатор микроструктуры наследственно-мелкозернистых сталей для оценки и прогнозирования условий обрабатываемости заготовок резанием.
Рэализация результатов работы в промышленности. Результаты выполненных исследований явились основой разработки эффективных ресурсосберегающих технологий совмещенной деформационно-термической обработки сортового проката и заготовок деталей машин, новых стадий для изготовления резьбовых крепежных изделий с повышенным комплексен свойотв. Суммарный первичный годовой экономический эффект от внедрения указанных разработок составил 656 тнс.руб.
На защит/ выносятся следующие основные положения: установленные особенности структурных изменений в аустените доэвтектоидных сталей ори нагреве и горячей пластическая деформации: возможность проявления аффекта структурной наследственности ври нагреве стали с исходном феррито-пердитной структурен, явление укрупнения аустенитного зерна при подстуживании и деформации с небольшими обжатиями, характер влияния температуры и степени деформации прокаткой на кинетику процессов динамической рекристаллизации * конструкционных сталях разного состава; закономерности Бездействия параметров горячая деформации на перенос углерода в аустените;
- обоснование возможности реализации как упрочняющей, так и
разупрочняющей ВГНО с перлитным превращением праката из конструкци
онных сталей; анализ причин проявления ряда особенностей структуры
доэвтектоидных сталей, обусловленных деформационно-термической об
работкой: сложного характера изменения их структурных характерис
тик от параметров деформации, структурной неоднородности и форми
рования квазкэвтактоида переменного состава и отроения, образова
ния структурно связанного феррита;
закономерности влияния параметров предшествующей деформационно-термической .обработки на структуру и свойства доэвтектоидных сталей после термической обработки о реализацией диффузионных фазовых превращений; обоснование возможных направлений практического использования этого воздействия при предварительной термической обработке деформированных заготовок;
разработанные ресурсосберегающие технологии деформационно-термической обработки заготовок деталей машин и сортового проката, в том числе подката из сталей с повышенным содержанием алюминия, предназначенного для изготовления резьбовых крепежных изделий методом холодной высадки.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на: Всесоюзной научно-технической конференции "Современные проблемы повышения качества металла" (г.Донецк, 1978г.), II Международной научной конференции Остравского горно-металлургического института (г.Острава, 1980г.), Международной конференции "Новые методы обработки стали давлением" (г.Брно, 1980г.), Республиканском соминаре "Проблемы повышения качества проката и новые процессы в его производстве" (г.Донецк, 1980г.), ІУ Всесоюзной конференции "Химико-термическая обработка металлов и сплавов" (г.Минск, 1981г.) Всясовзной научно-технической конференции "Термическая и термоме-
ханичвокая обработка стали - важнейший резерв экономии металла" (г.Днепропетровск, 1981г.), III научно-технической конференции "Молодые ученые - научно-техническому прогрессу в металлургии" (г.Донецк, 1981г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Пути повышения конструктивной прочности металлов и сплавов" (г.Вильнво, 1982г.). ІУ Всесоюзной конференции по текстурам и рэкриоталлизации ь металлах и сплавах (г.Горький, 1983г.), Всесоюзном семинаре "Новее в металловедении и термической обработке металлов и оплавов" (г.Челябинск, 1983г.), II Всесоюзной научно-технической конференции "Новые стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (г.Запорожье, 1983г.), Республиканском семинаре "Термическая обработка стали и сплавов" (г.Киев, 1983г.), IX научно-технической квнференции "Новая техника и технология в металлургическом и химическом производстве" (г.Череповец, 1983г.), Всесоюзной научног-технической конференции "Основные направления экономии и рационального использования металла в автотра-кторостроении" (г.Челябинск, 1984г.), II Всесоюзной конференции "Повышение качества металлопроката путем термической и термомеханической обработки" (г.Днепропетровск, 1985г.), III Всесоюзной конференции "Новые конструкционные стали и сплавы и методы их обработки для повышения надежности и долговечности изделий" (г.Запорожье, 1986г.), Республиканском семинаре "Новые достижения в области металловедения и термической обработки стали" (г.Киев, 1986г.), научно-технической конференции "Интенсификация производства и качества машиностроительной продукции sa счет применения конструкционных сталей с улучшенными технологическими свойствами" (г.Челябинск. 1987г.), Всесоюзной научно-технической конференции "Повышение качества металлопроката путем термической и термомеханичео-кой обработки? (г.Днепропетровск, 1988г.), Всесоюзном семинаре "Термомеханическая обработка металлических материалов" (г.Москва, 1989г.), Всесованой научно-технической конференции "Повышение механических и эксплуатационных свойств сталей массового производства" (г.Москва, 1990г.), семинаре "Структура и свойства легированных сталей" (г.Киев, 1992г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского оеотава Донецкого политехнического института (I979-I99I г.г.) и др.
Публикации. Материалы диссертационной работы опубликованы в 70 научных трудах, в том числе монографии, и Защищены 7 авторскими свидетельствами. Список основных научных трудов приведен в автореферате.
Обьем работы. Диссертация состоит из введения, Ь разделов и заключения (общих выводов.); содержит 230 страниц машинописного текста, 87 рисунков, 69 таблиц и 2 приложения; список использованных источников включает 303 наименования.
При исследовании структурных изменений в аустените, происходящих при нагреве проката из конструкционных сталей с исходно! ферри-то-перлитной структурой, выявлен ряд особенностей. Так, изучении* весьма детально, например, в работах В.Д.Садовского с сотрудниками, эффект наследственного вооотановления крупного зерна аустенита с последующим его измельчением, фиксируемый при сдвиговых нревра-ввниях, может проявляться и при нагреве сталей с исходи»* феррито-перлитнзй структурой. .,
- При подстуживании после высокотемпературного нагрева конструкционных сталей до определенных температур в аустенитиой области происходит значительный (в 2...2,5 раза.) poor верна аустенита, сопровождающийся увеличением степени разнозернистзоти структуры. При этом развиваются процессы собирательной рекристаллизации по механизму "рассыпания" сформировавшихся ранее зеренных границ. Наблюдаемые различия в размерах ауотеыитных зерен не устраняются и под воздействием горячей пластической деформации с небольшими (до 15» величинами обжатий.
Установлено, что снижение температуры предшествующей горячей пластической деформации, в том числе и до прокатки при комнатной и субкритических температурах, способствует измельчению зерна аустенита конструкционных сталей с исходной феррито-иерлитной структурой при последующем нагрвве. Такой же эффект оказывает и реализа-' ция предварительного патентирования горячекатаной и хелоднодефор-мированной среднвуглеродистой стали.
Предварительная холодная пластическая деформация неоднозначно влияет на структуру аустенита, формирующуюся при повторном нагреве. Под воздействием деформации с большими степенями (более 70...75&) нагрев до 860С сталей с 0,35...0,^ С вызывал формирование мелкозернистой структуры аустенита, но проявляющей тенденции к огрублению даже при выдержке в течение одного часа. Однако, в результате развития собирательной рекристаллизации при повышении температуры наг-
рева до 950С зерне аустенита в такой стали оказывается заметно крупнев, чем у предварительно патентованной. В случае предварительной холодней деформации с меньшими степенями нагрев де 860С о выдержкой от 15 до 60 мин. приводит к формирование относительно крупнозернистого аустенита, рекристаллизация которого по механизму образования и роста зародышей начинается при более высокой (900С) температуре, что приводит к измельчению его структури. Собирательная же рекристаллизация аустенита в этом случае не завершается и при нагреве до 950 С, что способствует получению наиболее дисперсной его структуры в сравнении с другими вариантами предшествующей обработки. Предварительная деформация стали с феррито-перлитноа структурой при субкритических температурах способствует измельчению зерна аустенита при повторном нагреве в сравнении с аналогичной термической обработкой горячекатаного и холоднодеформированнвго металла
Алюминий оказывает тормо»ящев воздействие на рост зерна аустенита при нагреве, повышает температуру начала его интенсивного укрупнения. Наиболее заметное измельчение зерна аустенита под влиянием алюминия наблюдали с повышением его концентрации в стали до 0,25 ...0,30#. Это обусловлено не только действием "барьерного эффекта", но и влиянием растворенного в аустенита алюминия, увеличивающего силы связи в кристаллической решетке.
Горячая пластическая деформация прокаткой о небольшими (до 15%) степенями обжатия вызывает рост зерна аустенита в сравнении с неде-формированным состоянием вследствие развития процесса рекристаллизации по механизму миграции участков большеугловых границ. Этот эффект усиливается с понижением температуры прокатки до 800...900вС. Повышение степени и температуры деформации конструкционных сталей способствует интенсификации процессов динамической рекристаллизация аустенита по механизму образования и рвота зародышей рекристал-лизвванных зерен. Снижение температуры деформации ниже 10О0С может не обеспечить измельчения аустенитного зерна из-за сохранения в структуре стали крупных керекристаллязованных объемов аустенита и повторной деформации возникших в ходе динамической рекристаллизация новых зерен. По сравнению с высокотемпературной прокаткой в этом случае увеличивается число зародышей рекристаллизации, но тормозится их рост. В случае низкотемпературной прокатки с большими степенями обжатия на выходе из очага деформации формируется мелкозернистая структура аустенита с првимувественно вытянутым зерном. Как и в случае горячей прокатки, повышение степени деформации при горячей ковке приводит к измельчению структуры аустенита. Причем, этот эф-
„ift
факт проявляется наиболее заметно при повышении степени деформации от 25 до 50$.
На основе анализа экспериментальных данних, полученных при изменении в широких пределах температуры (1200...750С.) и степени деформации* прокаткой (0...75W построены диаграммы рекристаллизации низколегированных и . углеродистых сталей с различным содержанием углерода.
Повышение концентрации углерода в деэвтектоидных сталях способствует интенсификации процессов динамической рекристаллизации аус« тенита и увеличении среднего размера его зерна. Причем, различия в размерах ауотенитного зерна сталях о разной концентрацией углере-да снижается с увеличением степени деформации. При низкотемпературной (900С и ниже) прокатке, когда рекристаллизация развивавтоя ливь частично, влияние углерода на ее кинетику проявляется и через процессы выделения избыточной фазы. Наиболее сильно ато воздействие заметно в заэвтектоидной стали, когда выделение вторичного цементита, интенсифицирушцееся горячей деформацией, аффективно тормозит процессы рекристаллизации ауотеиита. В случае высокотемпературной прокатки степень измельчения структуры аустенита с увеличением числа пропусков повышается о ростом концентрации в стали углерода. При низкотемпературной прокатке с дробной деформацией влияние углерода оказывается обратным.
Исходя из поэтапного развития процессов перехода аустенита с повышенной плотностью дефектов атомно-кристаллическего отроения в термодинамически более устойчивое состояние и о учетом исходного уровня его энергии, ео изменения на каждой ступени и энергетических затрат на такой переход проанализированы 5 возможных схем п уо-ло'вия развития процессов разупрочнения ауотенита.
На основе анализа результатов экспериментов, полученных при прокатке в широком интервале температур (1200...8000 и степеней обжатия (0...75Я, установлено интенсифицирующее воздействие горячей пластической деформации на перенос углерода в стали.
Повышение степени деформации при всех исследованных температурах способствует расширению общей глубины диффузионной авны в предварительно цементованной стали. При этом И меняется и соотношение глубин слоев этой зоны о разной концентрацией углерода. Характер
воздействия степени деформации (.) изменяется в зависимости от еэ величины. При небольших дефврмациях (дв 35...40%) общая глубина диффузионной зоны возрастает линейно от , что согласуется о эффектом "механической" диффузии (по Руоффу). Дальнейшее повышение приводит к реализации нелинейной зависимости с более сильным эффектом интенсификации переноса углерода в стали. Это обусловлено изменением термодинамической активности углерода, усилением вклада процессов образования и перемещения дефектов атомно-криоталлического отроения при деформации и рекристаллизации стали.
Характер влияния температуры деформации на глубину диффузионной зоны стали оказывается сложным. При степенях деформации до %0 ...45$ глубина диффузионной зоны уменьшается с поншением температуры прокатки. При более выооких степенях деформации наблюдается тенденция к росту общей глубины диффузионной зоны с понижением температуры прокатки, например, от 1,5...1,55 мм при Тпр.»1200С до 2,1...2,15 мм при Тпр.*800С в случае деформации с =70...73^. Это обусловлено повышением плотности дефектов кристаллического отроения в ауотеиите, формированием в нем развитой субзеренной структуры (диффузия по дислокационным трубкам), а также увеличением вклада зернограничной диффузии при измельчении зерна аустенита в стали.
Горячая пластическая деформация приводит и к развитию обазугле-' роженного приповерхностного слоя стали. И в этом случаа ев эффект усиливается о повышением отепэни деформации. Это дэлаэг неэффективными традиционные методы борьбы с обезуглероживанием проката, за исключением реставрационного науглерокивания.
С учетом полученных результатов представляется перспективной реализация хкмикотермомеханичвской обработки горячвдефорнированной стали с цельп получения изделий с заданным составом поверхности, а также структурой и свойствами яо сечении изделия. Ряд схем такой обработки, в частности, получение проката с цементованной поверх-ноотьв, реставрационного науглероживания, были опробованы в опытных условиях.
ЗАВИСИМОСТЬ СТРУКТУРИ И СВОЙСТВ ПРОКАТА ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ ОТ ПАРАМЕТРОВ ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И ПОСЛЕДЕФОРМАЦИОННОГО ОХЛАЖДЕНИЯ
Деформационно-термическая обработка конструкционных стала* о реализацией диффузионного распада аустенита является весьма перспективной для большинства видов проката. Исследования в этой кал-
равлении базировались на том, что снижение температуры и повышение степени деформации должны приводить к измельчению структури стали, прежде всего, зерна феррита, субструктурному упрочнению и, соответственно, повышению прочностных характеристик проката. Однако, анализ резуіьтатов, полученных нами на сталях марок Ст 3, Ст 5, 35, *5, ЗЗГТ, 35ГС, низколегированных сталях о повышенным содержанием алюминия, в случав их деформации при температурах 1200...750С со степенями обжатия 5...75? позволил сделать вывод о сложном характере изменения структуры и свойств конструкционных сталей от параметров прокатки.
Подбором параметров деформации ври послвдеформационном охлаждении на воздухе можно реализовать сак упрочняющую, так и разупроч-няюцуи тармомеханическую обработку проката иа конструкционных сталей с получением структуры феррито-цементитного типа. Причем, максимальное упрочнение стали наблюдается в случае деформации при умеренных (950... 1Ш0С.) температурах с относительно невысокими величинами однократной деформации (до 15...25». Обнаруженный нами эф* фект равупрочиения проката реализуется после деформации при пониженных - 9Ш...800С - температурах со степенями обжатия, в основном, 25...35? в зависимости от состава стали. В этом случае в струк туро стали фиксировали максимальное количество структурно свободного феррита.
Эффект разупрочнения наиболее сильно выражен в низколегированных сталях с содержанием углерода до 0,4%, слабее ~ в углеродистых сталях. Его практическое использование целесообразно в тех случаях, когда требуется ноотавка проката с гарантированным верхним уровнем твердости, чтобы избежать дополнительного смягчающего отжига продукции, что было реализовано при производстве прутков из рвооорно-иружинной стали 55G2.
Сложный характер изменения механических свойств проката от параметров горячей пластической деформации обусловлен особенностями распада ауствнита о разной структурой и субс,труктурой, конкурирующим воздействием таких факторов, как степень дисперсности и соот-ношонив структурных составляющих в стали. В ореднеуглеродистых сталях преобладающим является эффект изменения доли структурных ооо-тчвляющих. Повышение степени деформации в пределах одной температуры прокатки способствует интенсификации диффузионного распада аустенита, увеличению доли структурно свободного феррита и повише-, нию стэпвни дисперсности структуры, в основном, за счет измельчения nep/итных участков и колоний и некоторого уменьшения вредного рппнера зпрін фпррита.
Снижение температуры деформации ниже|00ОС в большинстве случа-эв не приводит к измельчению зерна феррита в среднеуглеродистых :талях, хотя и опоообствует измельчению перлитных участков. Более гого, например, в стали ЗЗГГ, деформированной о обжатиями 35...55^, наблюдали увеличение среднего размера ферритного зерна при понижении температури прокатки от ІІОО до 800С. Это обусловлено интенсификацией диффузионного распада мелкозернистого аустенита с повышенной энергией Гиббса.
Величина зерна аустенита, сформировавшегося к моменту начала его диффузионного превращения, сильнее влияет на размер перлитных участков в сравнении с воздействием на »ерно феррита. В отличив от перлитного "зерна", не наблюдали прямой корреляционной зависимости размера ферритного зерна от поперечника исходного зерна аустенита.
Для обеспечения эффективного упрочнения конструкционной стали, сочетающегося с высоким уровнем ее пластичности и ударной вязкости, нами была разработана технология упрочняющей ВТМ0 с перлитным превращением, предусматривающая сочетание прокатки по регламентированным режимам о последеформационным регулируемым охлаждением. Эта технология была реализована при производстве проката периодического профиля из огалей ЗЗГГ, 35ГС и Ст 5пс в условиях Енакиевского металлургического завода, а также полосы из углеродистых сталей на Константиновском металлургическом заводе. Годовой экономический эффект от внедрения данной технологии составил 253 тыс.руб.
Сложный характер изменения структуры доэвгектоидных сталей при диффузионном превращении аустенита о различным уровнем энергии Гиббса нельзя обьяснить, привлекая лишь представления о повышении температуры начала его распада под влиянием повышенной нлотности несовершенств отроения Jf -фазы и увеличения числа возможных мест зарождения феррита, что должно было бы всегда приводить к иїмєльчє-нию структуры стали. -
Степень повышения температуры начала диффузионного JC-*-oC -превращения определяется не только величиной прироста энергии Гиббса-аустенита под влиянием горячей деформации,'либо предшествующей де~ формационно-термической обработки, но и отепенью наследования при этом дефектов образующимся ферритом. Повышение энергии Гиббса ауо-
теїшта сод влиянием измельчения его зерна и формирования развитой оубструктуры приводит как к увеличению числа возможных мест зарождения феррита, так и к уменьшению степени переохлаждения ауотенита и за счет этого - к возможному снижению скорости образования зародышей. Повышение температуры диффузионного Я-*-о-превращения, наряду о обсуждаемым ранее эффектом интенсификации процессов переноса углерода в горячедефориированнон аустените, может обусловить увеличение окорости роста зародышей феррита. 6 зависимости от того, какой из рассматриваемых факторов оказывает преобладающее воздействие, может происходить как измельчение, так и укрупнение ферритного зерна. Учитывая, что указанные выше факторы способствуют увеличению количества структурно свободного феррита в доэвтектоидных оталях, доста»очно просто объяснить причины того, что повышение доли феррита в структуре зачастую не сопровождается измельчением его зерна. Кроме того, снижение температуры горячей деформации может вызывать укрупнение ферритного зерна. При этом следует учитывать и возможное влияние процессов рекристаллизации в образующемся при более выоекой температуре феррите.при повышенной его доле в структуре. "Затормозить" процессы выделения структурно свободного феррита и измельчить отруктуру деформированной стали можно путем увеличения степени переохлаждения аустенита при последефориациоыном ускоренном охлаждении.
Следствием негомогеннооти аустенита о повышенной плотностью дефектов атоино-криоталлического строения прежде всего, по углероду, является проявление таких особенностей структуры деформированной стали, как структурно овободный феррит внутри перлитных учаот-ков, структурно свободный цементит, перлитная "оторочка" вокруг феррита.
Учаотки квазиэвтектоида в горячекатаной доэвтектоидной стали имеют неоднородное строение. У границ его участков перлит является более плотным, чем в образовавшихся позже микрообьемах. Внутри пвр-- лита обнаруживаются сравнительно крупные зерна феррита, четко оконтуренные зеренными границами. В то же время множество ферритных полей не имеют большеугловых границ, отделяющих их от плаотин феррита в перлите. Такой феррит предложено называть структурно связанным. Иногда наблюдаетоя "прорастание" отдельных цементитных плаотин и их "пакетов" в крупные масоивы феррита. Структурно связанный феррит может быть отделен от ферритных плаотин перлита оубграница-; ми, что наблюдали после низкотемпературной прокатки. Плаотины цементита в процессе роста перлитной колонии искривляются и изменяют
свое направление, "выклиниваются", их оилошнооть нарушается. Наблюдается утонение ценентитных пластин от периферия к центру колонии, "разрежение" квазиэвтектоида.
Обсуждаемый характер изменения строения перлита обусловлен изменением соотношения скоростей образования и роста sepeH структурно свободного феррита и диффузионного перераспределения углерода в переохлажденном аустените. Образованию квазиэвтектоида переменного состава и строения способствуют интенсификация диффузионного lf-»" -превращения и замедление либо малое изменение при этом скорости диффузиии углерода в аустените, укрупнение аустенитного зерна, сохранение его крупных нэрекристаллизованных зон, снижение температурного интервала образования феррита. Наоборот, измельчение зерна аустенита вследствие развития процессов его рекристаллизации, ускорение диффузионного перераспределения углерода, интенсификация внутризеренного зарождения феррита в ауотенитном зерне снижают степень неоднородности строения квазиэвтектоида.
Одной из особенностей отруктуры деформированной конструкционной стали является структурная неоднородность, в чаотнооти, ферри-то-перлитная полосчатость и образование перлитной "оторочки", которая зачастую не устраняется и в ходе последующей термической обработки. Это обусловлено негомогенносгью ауотенита с повышенной плотностью дефектов, его "расслоением" по углероду. При определенных условиях такое перераспределение углерода оказывается термодинамически выгодным. Оно должно сильнее проявляться о понижением содержания углерода в стали и увеличением различий в его концентрации в зонах, усиливаться при снижении температуры нагрева и деформации и замедлении охлаждения деформированной стали, повышении устойчивости атмосфер примесных атомов.
Рассмотрена классификация видов деформационно-термической обработки, основанная на типа фазовых превращений, и анализируются различные варианты такого воздействия в случае реализации диффузионных превращений.
ВЛИЯНИЕ СОВМЕЩЕННОЙ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ И ЛЕГИРОВАНИЯ АЛЮМИНИЕМ НА СТРУКТУРУ й СВОЙСТВА СТАЛИ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ВЫСАДКИ
Установлено, что при вводе в-углеродиотыё (0,20...0,35^ С), а также низколегированные (до 2% Сі., Мп, Si) стали повышенного количества алюминия (до 0,95 наблюдается экстремальный характер из-
менения их свойств с минимумом б'т и максимумом пластических характеристик при аго определенной концентрации в пределах 0,15...О,35$ в зависимости от состава сплава. В этом случав наблюдали и максимальное измельчение структуры стали.
В промышленных условиях выплавляли стали марок 20Ю, 20ЮТ, ЗОЮ, 30DT, ЗОГСО, 35Ю, 35ЮТ,(0.15...0,30^ At). Из этих сталей изготавливали бунтовой подкат диаметром 10 мм (Енакиевский металлургический завод) и 16 мм (комбинат "Криворожсталь"), предназначенный для изготовления резьбовых крепежных изделий, и катанку диаметром 6,5 мм (комбинат "Криворожоталь") для изготовления опицввой проволоки.
Прокат, изготовленный из сталей о повышенный содержанием алюминия, характеризуется повышенным уровнем пластических характеристик (на подкате диаметром 10 мм показатели ЦІ- не ниже 62%), в большинстве случаев - снижением соотношения fft/бв, более значительной способностью к осадке в холодном состоянии (группа осадки 66 и даже 75 в состоянии поставки при исключении операции абразивной за* чистки заготовок) в сравнении о углеродистыми сталями массового производства.
Повышение комплекса свойств таких сталей обусловлено благоприятным влиянием алюминия прежде всего, в таких направлениях: -измельчение зерна ауотенита при нагреве и в процессе горячей пластической деформации и за счет этого - обеспечение мелкодисперсной конечной феррито-перлитной структуры стали (балл зерна в горячекатаном состоянии -№ 8-9, а в ускоренно-охлажденном - 10-11); - повышение качества макроструктуры и поверхности заготовки и готового проката; уменьшение количества приповерхностных дефектов, "раскрывающихся" при холодной осадке;
-'уменьшение в I,5...2 раза загрязненности стали сульфидами, оксидами и силикатами, измельчение включений избыточных фаз;
Количество нитридов алюминия, а в сталях, дополнительно содержащих титан - и нитридов титана, в атом случав может несколько возрастать; до 0,010...0,022^ мас. в сравнении с 0,010...0,015/6 мае. в сталях 20, 30, 35. Однако, повышение содержания алюминия, а также добавки титана не оказывают отрицательного влияния на ударную вязкость стали. Нитриды алюминия не были выявлены даже на поверхности изломов стали в случае испытаний при температуре -40С.
Изготовленный подкат из сталей с повышенным содержанием алюминия в условиях Волгоградского завода тракторных деталей и нормалей (ВЗТДН) и в обьеме ограниченных партий - на Дружковском метизном заводе использовали для изготовления резьбовых крепежных изделий
методом холодной высадки с исключением операции сфероидизирующвго отжига бунтов. При этом не наблюдали обрывов проката при волочении, повышенной отбраковки готовых изделий из-за трещин. Механические свойства калиброванной отали и готовых изделий, в той числе и пластические характеристики, соответствовали требованиям поставки и были более высокими, чем в изделиях из обычно применяемых углеродистых сталей, изготовленных по традиционной технологии.
В условиях Харцызского сталепроволочно-канатного завода из стали 35D (0,16...0,21/6 AL) изготавливали спицевус проволоку, as которой в высокопрочной состоянии делают опици с холодно! высадкой их головок. Применение такой стали способствовало снижение отбраковки проволоки по результатам высадки головки спицы и исключению брака яо механическим свойствам, испытаниям на изгиб и кручение.
Снижение температуры конца прокатки до 9ВД...960С при производстве на непрерывном стане подката как из углеродистых сталей 30 и 35, так и из сталей с повышенным содержанием алюминия способствует повышению их пластических характеристик, временного сопротивление раїрнву при некотором снижении предела текучести, увеличение "выхода годного" по результатам испытаний на осадку в холодном состоянии. Ускоренное последеформационное охлаждение проката, сочетающееся с регламентацией темжературных режимов прокатки, является весьма действенным технологическим фактором, способствувщим повышению пластичности и способности к осадке в холодном состоянии вследствие уменьшения количества "раскрывающихся" при испытаниях поверхностных дефектов и снижения глубины обезугдероженного слоя. При этом в сталях с повышенным- содержанием алюминия благоприятное воздействие ускоренного последвформационного охлаждения на их пластичность и способность к осадке в холодном состоянии проявляется и в случав завершения прокатки при относительно высокой (980..Л050С) температуре.
Ускоренное последеформационное охлаждение подката из сталей с повышенным содержанием алюминия до 800С и ниже способствует их упрочнению без значительного снижения пластических характеристик и способности к осадке в холодном состоянии. Дополнительное упрочнение не подвергающегося сфероидизирующему отжигу подката в процессе калибровки позволяет производить из него методом холодной высадки высокопрочные резьбовые крепежные изделия класса прочности 8.8 о исключением упрочняющей термической обработки готовых изделий - закалки с высоким отпуском. Такие излелия - болты НІОхІОО, МІ0хІ20 из сталей марок ЗОЮ и ЗОЮТ и MI6xI2Q из стали 35Ю - производились
на ВЗТДН взамен термически обрабатываемых изделий из стали 35. Хо-лоднодефориированные изделия из сталей с повышенным количеством алюминия можно дополнительно упрочнить термической обработкой с нагревом до температура ЗОО...і»500С. .
Образование у поверхности проката диаметром 8...II мм в результате ускоренного последефорнационного охлаждения до пониженных температур тонкой зоны подкала является нежелательным из-за возможности возникновения внутренних кольцевых трещин. В то же время формирование более широкой (до 3 мм) зоны со структурой сорбита отпуска в прокате диаметром 16 мм из стали с повышенным содержанием алюминия способствовало не только упрочнению, но и повышению пластических характеристик в калиброванном состоянии без снижения ее способности к холодной осадке. При этом внутренние кольцевые трещины при холодной осадке образцов не возникали.
Годовой экономический эффект от внедрения технологии деформационно-термической обработки подката, предназначенного для холодной высадки, и новой стали с повышенным содержанием алвминия составил 301,6 тыс,руб.
Разработан и опробован в промышленных условиях количественный метод оценки способности стали к осадке в холодном состоянии, основанный на анализе и расчете'экспериментальных диаграмм сжатия образцов. Этот метод позволяет зафиксировать начальные стадии образования не только поверхностных, но и внутренних трещин, оценить реальный "запас пластичности" проката при холодной деформации и влияние структуры металла на способность к холодной осадке, получить достаточно простые уравнения, описывающие "поведение" стали на различных стадиях ее деформации, прогнозировать технологические _:. свойства проката.
ВЛИЯНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕЙ ДЕФОРМАЦИОННО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ТЕРМИЧЕСКИ ОБРАБАТЫВАЕМОЙ СТАЛИ
Анализ результатов исследований; выполненных на среднеуглероди-стых конвтрукционных сталях, позволяет сделать вывод о том, что термическая обработка проката, основанная на реализации диффузионного фазового превращения, не может полностью устранить эффект предварительного деформационно-термического воздействия. Эти эффекты следует не только учитывать, но и по возможности использовать с целью придания стали требуемого комплекса свойств.
Снижение температуры предшествующей горячей прокатки (ПО обеспечивает упрочнение отожженной и нормализованной стали 45, повышение ее ударной вязкости. Предшествующая прокатка при субкритических температурах (ПСТ.) вызывает дополнительное упрочнение и значительное повышение показателей ударной вязкооти, особенно при отрицательных температурах, в сравнении с предшествующей ГП. Эффект предшествующей холодной прокатки (Щ) в целом подобен влиянию ПСТ, однако, проявляется обычно слабее. В случае закалки о высоким отпуском реализация предшествующих ПСТ и ХП обеспечивает упрочнение и повышение пластических характеристик стали. Однако, лишь предшествующая ПСТ вызывает в этом случае повышение ударной вязкости и хладостойкооти стали.
Измельчение структуры стали и наследственное формирование развитой оубзервнной структуры твердых растворов являются основными I причинами повышения комплекса ее свойств, прежде всего, ударной вязкости при отрицательных температурах, под влиянием снижения температуры предшествующей горячей деформации и прокатки в еубкритичес-хой области. Даже в отожженном прокате плотность дефектов кристаллического отроения в феррите в олучае предшествующих ПСТ и ХП оказывается более высокой в оравнении только о горячей прокаткой.
Прокатка при субкритических температурах доэвтектоидной стали о феррито-перлитной структурой со степенями обжатия, не превышающими 30%, обеспечивает лишь частичное развитие процессов динамическоа сфероидизации цементитной фазы. Ускорению процессов сфероидизации цементита, уменьшению числа участков перлита с преимущественно пла-отиночной его морфологией способствуют снижение температур нагрева и предшествующей горячей прокатки, реализация кратковременной изотермической выдержки после завершения ЛСТ. В случае последующего отжига при 560.,.680С время изотермической выдержки, необходимое для завершения процессов сфероидизации цементита, уменьшается при снижении скорооти охлаждения после ПСТ, температуры предшествующей горячей прокатки, повышении температуры термообработки.
Исследованиями, выполненными на сталях 35 и 35D (0,18...О,23# КІ), катанка из которых использовалась для изготовления спицевой проволоки (степень деформации при волочении 50....70% в зависимости от диаметра проволоки.), установлено, что предшествующая холодная пластичеокая деформация волочением обеспечивает значительное упрочнение стали после повторного отжига и закалки с высоким отпуском без ощутимого снижения показателей пластичности, измельчение структуры отожжэнного и нормализованного металла в сравнении с предшест-
«уюцими горячее деформацией и патвнтированием катанки. Предшествующее патентированив катанки, вследствие повышения степени однородности структури по сечению и в микрообъемах, способствует повышение пластических характеристик стали после отжига, нормализации и улучшения, хотя и не вызывает измельчения ее конечной структуры.
Сталь с повышенным содержанием алсминия имеет более высокие показатели пластичности практически после всех сравниваемых вариантов предшествующей и окончательной обработки, включая и сфероидизирув-щий отжиг. Это обусловлено измельчением исходной и образующейся в результате термической обработки структуры стали. Алюминий в конструкционной стали ускоряет процессы сфероидизации цементита при сфе-роидизирующем отжиге, однако, не интенсифицирует рост карбидных частиц при изотермической выдержке.
Повыюение степени предшествующей холодной пластической деформации волочением приводит к разупрочнению и снижению пластичности стали после отжига и нормализации, а также и после улучшения. В случае кратковременной (15 мин.) аустенитизации повышение температуры нагрева в интервале 860...950С далеко не всегда обеспечивает снижение пластических характеристик стали после отжига и нормализации. В случае болев значительной (60 мин.) выдержки повышение температур ры нагрева вызывает снижение пластичности и повышение прочности отожженной стали и разупрочнение при закалке с высоким отпуском.
Сравнительный анализ результатов испытаний и микроструктурных исследований при изготовлении на ХСПКЗ спицевой проволоки из стали 35 производства Белорусского металлургического завода по двум технологическим схемам: 1-е реализацией патентирования катанки, и 2 - с патентированием промежуточной холоднодефориированной заготовки - позволяет отдать предпочтение второму варианту. В этой случае несколько более высокая прочность готовой проволоки оочотается о повышенными ( V - на 8...10).) показателями его пластичности, что обусловлено формированием более дисперсной и однородной по сечению структуры стали, характеризующейся, однако," более высокой долой структурно свободного феррита.
Сложный характер изменения структуры и свойств термически обработанной сроднеуглвродиотой стали, которая подвергалась различной предшествующей деформационно-термической обработке, обусловлен обсуждаемыми ранее процессами структурных изменений в аустените, эффектами структурной наследственности при диффузионных фазовых прав-рещрнпях,
Посдп.гу«:лпй одинарной и повторной тйрмичэской обработкой с пол-
ной фазовой перекристаллизацией не удается устранить и дача значительно снизить степень развития структурной полосчатости, образовавшейся на предыдущих этапах обработки стали, что, очевидно, также является одним из следствий проявления эффекта наследственное!».
СОВМЕЩЕНИЕ ДВ$0РШШ И ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ПРИ ПРОИЗВОДСГВК ЗАГОТОВОК ДВТАВИ МАШИН
Создание и внедрение ресурсосбврэгавцих технологий производства изделий с заданными свойствами в машиностроении при реализации ков» ей, штамповки, прокатки на специальных станах зачаступ едэржвзаетоя возникавшими сложностями их последуваея механической обработки. Поэтому эти проблемы следует решать в комплексе.
Применительно с производству заготовок валов на стане попврвч* uo-клиаовоя прокатки после индукционного нагрева стали разработаны и внедрены 2 технологические схемы термомеханачэской обработки, яв-< лявцейоя одновременно предварительной и окончательной обработкой изделий: регламентация температурных параметров деформации в сочетании с последеформационныи регулируемым охлаждением, обеспечивающая получение дисперсной феррито-пврлитной структуры и реализуемая взамен нормализации, а также осуществление после заданных режимов про-катки быстрого охлаждения з получением закаленного приповерхностного олоя требуемой глубины с поелвдувида его самоотпуском, либо дополнительным высоким отпуском, выполняемое изамен улучшения относительно массивных заготовок. Реализация таких совмещенных технологий обработки заготовок обеспечила получение высокого комплекса свойств о тали баз ухудшения условий последующей механичэской обработки.
Анализ данных о влиянии температуры индукционного нагрева под прокатку (1080...9800 и окончания деформации (1050...860С) позволяет заключить, что при реализации рациональных температурных параметров процесса удается не только обеспечить повышенный уровень овойотв готовых изделий, но и получить более равномерное по сечении и длине заготовок переменного профиля распределение твердости в сравнении с нормализацией изделий. В свази ао специфической схемой деформации заготовок на стане, когда деформация локализуется, в основном, в приповерхностной зоне, глубина которой увеличивается с уменьшением сечения изделий сложной формы, важной проблемой, которая решается при реализации совмещенной обработки, является повышение степени однородности структуры отали.
Регулируя условия охлаждения поел» деформации (потоком воздуха,
водяными струями и в баке о охлаждающей жидкостью с выдержкой pas-ной длительности - 10...60 с.) можно дополнительно воздействовать в широких пределах на структур/ и свойства стали. В зависимости от режимов деформационно-термической обработки и требований, предъявляемых к готовым изделиям, было обеспечено получение структуры от преимущественно перлитной по всему сечению до мартенситной в сечениях заготовок диаметром до 60 мм. Это позволило отказаться от улуч-вення заготовок наиболее массивных валов как отдельной технологи-ческой_ операции.
При этом ТМО с самоотпуском закаленного приповерхностного слоя оказывается приемлемой при небольшой его относительной глубине Сне более I5...20J& от диаметра заготовки). При большей глубине закаленного слоя и при сквозной прокаливавмости реализуется высокотемпературный отпуск стали. Причем, для обеспечения прочностных свойств стали после ТМО на уровне, близком к реализуемому после отдельной термической обработки, следует проводить отпуск при более высокой (на 5О...80С; температуре. Это обусловлено тем, что предшествувщая ТИО тормозит процессы разупрочнения стали при отпуске.
Внедрение разработанной тохнологии совмещенной деформационно-термической обработки заготовок валов позволило получить удельный экономический эффект в размере 15,5...18,5 руб./т. в зависимости от типоразмеров изделий.
Эффект структурной наследственности использован при разработке ресурсосберегающей технологии предварительной термомеханикотермиче-окой обработки горячедеформированных заготовок деталей машин из на-следственно-мелкозерниотой стала. Обычно изделия из таких сталей с целью огрубления вх структуры для улучвзния механической обрабатываемости подвергают предварительной термической обработке о нагревом до повышенных (950...980О температур. Однако, по нашим данным, такая обработка нв обеспечивает достижения поставленной цели.
Если поковки, штамповки после высокотемпературной горячей деформации ускоренно охладить со скоростью, обеспечивающей получение структуры бейнитного типа с повышенной плотностью дефектов кристаллического строения в «(.-фазе, то можно направленно воздейе-тевать на процессы аустенитизации при повторном нагреве, а в результате этого - и на конечную феррито-перлитную структуру термически обработанной Стали. Нагрев ускоренно-охлажденных поковок и штамповок из стали 25ХГТ до 850...870С обеспечивает получение крупного з*рна аустенита. В результате последующего диффузионного распада такого аустенита при охлаждении формируется более однородная в макро- и
микрообьвмах фвррито-пврлитная структура, характеризувщаясд пониженной (в 1,2...1,4 раза) долей структурно свободного феррита, наличием более крупных участков перлита (в 1,3...1,4 раза) и зерен феррита (в 1,1...1,3 раза) в сравнении с термической обработкой с реализацией высокотемпературного нагрева. Нагрев стали с исходной бейнитной структурой до более высоких температур приводит к измельчении ее строения. Причины такого характера изменения строения стали обусловлены рассмотренные ранее структурными изменениями в аус-тэните в зависимости от предшествующей деформационно-термической обработки.
При изготовлении заготовок методом горячей раскатки поола отдельного нагрева штамповок регламентацией условий охлаждения после раокаточного нагрева обеспечивается получение структуры и свойств отали 25ХГТ, превосходящих таковые, реализуемые при нормализации, что делает эту операцию нецелесообразной.
Снижение доли структурно свободного феррита и огрубление структуры отали при реализации термомеханикотэрмичэокой обработки деформированных заготовок обеспечивает улучшение уоловий их механической обработки на различных технологических операциях, в том числе и при протягивании внутренних шлицев и зубопротягиваниа, которые зачастую является лимитирующими стадиями изготовления изделий. Составляющая силы резания Ре при строгании снижается при этом на 5...12%, а высота микронеровностей на обработанной поверхности уменьшается на I...2 мкм в сравнении с традиционной термичэокой обработкой.
На основе использования количественных характеристик структуры наследственно-мелкозернистой стала в связи с параметрами предварительной термомеханической и термической обработки заготовок разработан классификатор микроструктуры, предназначенный для прогнозной оценки условий механической обработки изделий.
Годовой экономический эффект от внедрения ресурсосберегающих технологий деформационно-термической обработки заготовок деталей машин составил 101,7 тыс.руб.
ОБЩИЕ вывода
I. Структура и свойства конструкционных углеродистых и низколегированных сталей, претерпевающих диффузионные фазовые превращения, в значительной мере определяются не только ларамвтрами нагрева и горячей пластической деформации в аустенитном состоянии, но
и условиями предшествующей деформационно-термической обработки. На основе использования установленных закономерностей и особенностей процессов структурообразования в деформированных сталях обоснованы рациональные технологические параметры совмещенных процессов деформации и термической обработки сортового проката и заготовок деталей машин, обеспечивающие получение структуры и комплекса свойств сплава, благоприятных для последующего передела полуфабрикатов в готовые изделия по различным технологическим схемам.
Е._ Экспериментально обнаружено явление наследственного формирования крупного зерна аустенита при нагреве проката из углеродистых и низколегированных сталей с исходной феррито-перлитной структурой с последующим его измельчением с повышением температуры, либо увеличением длительности выдержки. Предшествующая холодная пластическая деформация в зависимости от ее величины может вызывать как измельчение зэрна аустенита уже на ранних стадиях нагрева, так и способствовать сохранению в течение длительного времени относительно крупнозернистой его структуры. Предварительная прокатка при оуб-критических температурах способствует измельчению зерна ауотенита, образующегося при последующем нагреве. К такому эффвкту приводит и снижение температуры предшествующей горячей деформации.
-
Установлено, что в аустенитв перегретой доэвтектоидной стали в результате подстуживания на воздухе и последующей кратковременной изотермической выдержки при 800...Ю00С могут развиваться процессы рекристаллияации, приводящие к значительному укрупнению аустенитного «ерна. Обусловленные этим различия в размерах зерна аустенита ив устраняются и в результате горячей пластической деформации со степенями обжатия до 15%, вызывающей в свою очередь дополнительное огрубление структуры стали.
-
Выполнен анали» экспериментальных диаграмм динамической рекристаллизации и структурных изменений в аустените сталей различного состава в зависимости от параметров деформационно-термической обработки. Повышение концентрации углерода в доэвтектоидной стали способствует интенсификации процессов рекристаллизации аустенита, однако, различия в размерах аустенитного зерна при этом снижаются о увеличением степени горячей деформации.
5. Горячая пластическая деформация способствует ускорению процессов переноса углерода в стали и увеличению относительной глубины как науглероженного, так и обезуґлероженного приповерхностных слоев. Ее интенсифицирующее воздействие усиливается с повышением степени деформации, а при больших обжатиях - и при снижении температуры процесса.
-
В зависимости от режимов горячей деформации можно обеспечить как упрочнение, так и разупрочнение доэвтектоидных сталей. Причем, эффект разупрочнения реализуется после деформации при пониженных температурах с определенными, зависящими от оостава стали, степенями обжатия, когда обеспечивается значительное увеличение в структуре сплава количества структурно свободного феррита. Снижение температуры и повышение степени горячей деформации не всегда обеспечивают измельчение зерна феррита в стали.
-
Сочетание прокатки по регламентированным режимам о последе-формационным регулируемым охлаждением является эффективным способом упрочняющей ВТМО с перлитным превращением сортового проката из конструкционных сталей, в том числа и не содержащих микродобавок сильных карбидо- и нитридообразувщих элементов, обеспечивающим получение и высоких показателей пластичности и ударное вязкооти.
-
Выполнен анализ особенности процессов отруктурообразования при диффузионном распаде аустэнита с повышенной плотностью дефектов атомно-криоталличвского строения и возможных факторов, определяющих сложный характер изменения структуры и овойств конструкционных сталей. Образование неоднородного по отроению ивазиэвтектон-да, структурно связанного и структурно свободного феррита внутри перлитных участков, а также структурной неоднородности в доэвтектоидных сталях определяется условиями распада негомогенного ауо-тенита.
-
Снижение температуры горячей прокатки, реализация деформации при оубкритической и комнатной температурах способствуют измельчению структуры стали и повышению комплекса ее механических характеристик, особенно ударной вязкости при отрицательных температурах, в результате последующей термической обработки с полной фазовой перекристаллизацией. Степень сфероидизации цементита в стали, деформированной при субкритических температурах, возрастает в случав предшествующей низкотемпературной прокатки в ауотвнитной области. Кинетика процессов сфероидизации цементита и структурных изменений в феррите такой стали в ходе последующего отжига при оубкритических температурах зависит от условий предшествующей горячей деформации и режима охлаждения после прокатки.
10. Обоснована эффективность применения разработанных еталей с повышенным содержанием алюминия для изготовления подката, предназначенного для производства методом холодной висадки резьбовых крепежных изделий с высоким комплексом механических характеристик.
Эффект алвминия обусловлен его благоприятным воздействием на структуру литой, нагретой и деформированной стали, сниженном степени ее «агрязненности неметаллическими вклсчениями, повышением качества поверхности проката.
-
Путем реализации совмещенных режимов деформации и термической обработки бунтового проката в сочетании с экономным легированием стали удается обеспечить получение комплекса его свойств, позволявшего реализовать ресурсосберегавщув технологию производства высокопрочных крепежных изделий класса прочности 8.8 с исключением операций предварительной (сфероидизирующий отжиг проката) и окончательной (закалка с высоким отпуском изделий) термической обработки.
-
Применительно к производству заготовок валов на гане поперечно-клиновой прокатки исследованы и реализованы две схемы предварительной, являющейся одновременно и окончательной, термомеханической обработки: прокатка по регламентированным режимам с охлаждением воздушными струями для получения стали с дисперсной феррито-перлитной структурой и ТМО с охлаждением со скоростью выше критической в течение времени, необходимого для получения в приповерхностной зоне закаленного слоя требуемой глубины, с последующим высоким отпуском изделий.
-
Направленное воздействие на структуру горячедеформированно-го металла как средство управления процессами структурообраяоввния при последующей предварительной термической обработке с диффузионным превращением реализовано применительно к заготовкам деталей машин из наследственно-мелкозернистой отали с целью улучшения услсь вий механической обработки изделий при сокращении энергозатрат. 0п-: ределены количественные характеристики структуры термически либо термомеханичеоки обработанной стали, обеспечение которых позволяет прогнозировать удовлетворительные условия механической обработки заготовок на различных технологических операциях.
1. Реализация в промышленности разработанных ресурсосберегающих технологий деформационно-термической обработки сортового проката, в том числе и подката, предназначенного для холодной высадки,.а также новых сталей о повышенным содержанием алюминия и технологических параметров их обработки для получения высокопрочных резьбовых крепежных изделий , обеспечила получение первичного годового экономического эффекта в размере 656 тнс.руб.
