ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

82-009-03

Наименование проекта

Влияние углерода на механические свойства литейных и девормируемых сталей

Назначение

Обоснование целесообразности повышения механических характеристик деформируемых и литейных сталей

Рекомендуемая область применения

Производство и обработка стали

Описание

Описание к ИЛ 82-009-03

Результат выполнения научно-исследовательской работы.

Повышение прочности деформируемых сталей с мартенситной структурой за счет роста массовой доли углерода до 0,45% в общем случае целесообразно Примени­тельно же к литейным сталям такой путь повышения их прочности является нерацио­нальным, так как связан с их сильным охрупчиванием.

Проведенные исследования указывают на более низкие свойства по прочности, пластичности и вязкости литейных сталей по сравнению с дефор­мируемыми сталями с аналогичным химическим составом и термообработанных по одинаковому режиму.

При равной прочности литейные конструкционные стали, имеют суще­ственно более низкие пластичность и вязкость, чем деформируемые стали, если механические характеристики определяются на образцах, вырезанных вдоль направления деформации. Пластичность и вязкость литейных сталей оказыва­ются близкими или даже более высокими, чем у деформируемых, при опреде­лении механических свойств на образцах, вырезанных поперек направления деформации, Следовательно, соотношение механических характеристик литей­ных и деформируемых сталей в решающей степени зависит от направления вы­резки образцов в заготовках из деформируемых сталей, В нормативно-технических и справочных материалах регламентирующими являются механи­ческие характеристики деформируемых сталей, определенные на продольных образцах. Поэтому при рассмотрении соотношения механических характери­стик литейных и деформируемых сталей правильнее использовать эти показа­тели.

При пластическом деформировании происходят существенные качест­венные изменения литой структуры, а именно: измельчаются зерна, разруша­ются неметаллические включения в объеме зерен, а также неметаллические прослойки на границах первичных зерен, Устраняется межкристаялитная по­ристость, уменьшается химическая неоднородность. Эти структурные измене­ния в общем случае способствуют получению более высокой пластичности и вязкости у деформируемых сталей по сравнению с литейными.

Однако влияние деформации на механические свойства сталей с раз­личным химическим составом и разной структурой является неодинаковым.

В зависимости от характера и вида получаемой микроструктуры изме­няется пластичность и вязкость литых сталей после их деформирования. При определенных условиях пластическая деформация вообще не должна приво­дить к существенному улучшению пластичности и вязкости литейных сталей. Так было доказано, что с повышением температуры отпуска влияние де­формирования на относительное сужение стали, становится меньше, а на удар­ную вязкость - больше. Условия охлаждения стали практически не сказывают­ся на влияние деформации в изменении относительного сужения и ударной вязкости хромоникелъмолибденовой стали.

Примечательными в отношении оценки роли деформации на изменение свойств литой стали, являются исследования Д.К.Чернова. Он отмечал: «... кусок литой стали и без ковки может принять такие же свойства, как и про­кованный, если только он не имеет пустот, обусловленных отливкой.,, И если сложение их также одинаково».

Одним из решающих условий получения одинаковых качеств у «литой непрокованной» и «прокованной» стали, являлось обеспечение одинакового «сложения», или структуры в изломе исследуемых образцов.

Проведенные Д,К. Черновым исследования впервые показали, что литая сталь может не уступать по своим свойствам деформируемой. Однако в даль­нейшем опыт разработки и применения литейных сталей поставил под сомне­ние результаты, полученные великим русским металлургом. Причиной этого, вероятно, было то. что исследователи не получали одинакового «сложения» у литой и деформируемой стали, так как в этих работах уже сравнивались не из­ломы «не прокованных» и «прокованных» образцов, а проводилась оценка микроструктуры стали в обоих случаях. Поскольку литейные стали с мелкозер­нистой микроструктурой, могут иметь наследственно крупнозернистый излом, то, даже получая у них и у деформируемых сталей одинаковую микрострукту­ру, можно иметь различную микроструктуру в изломе образцов. Но именно по­следняя и характеризует в основном пластичность и вязкость сталей,

Исследования по сравнительной оценке механических характеристик литейных и деформируемых сталей с мартенситной структурой, имеющих раз­личные химический состав и прочность, показали, что соотношение временно­го сопротивления, относительного удлинения и ударной вязкости, деформи­руемых и литейных сталей изменяется с повышением массовой доли углерода в них. (прочность увеличивается, а пластичность уменьшается).

Однако даже у среднеуглеродистых деформируемых и литейных сталей временное сопротивление отличается незначительно. Это подтверждает из­вестное положение о слабом влиянии деформирования на прочностные свойст­ва литейных сталей.

Различие значений относительного удлинения деформируемых и ли­тейных сталей существенно возрастает с повышением в этих сталях содержа­ния углерода.

Указанные различия увеличиваются за счет более сильного снижения пластичности литейных сталей. При массовой доле углерода в этих сталях вы­ше 0,30% их пластичность оказывается ниже удовлетворительного значения (б< 5%). У деформируемых сталей с массовой долей углерода 0,45 - 0,50% пластичность еще находится на удовлетворительном уровне (около 8%).

Значение ударной вязкости деформируемых и литейных сталей наибо-* лее сильно различаются при низком содержании углерода в этих сталях.

С ростом массовой доли углерода, различие в ударной вязкости между \ рассматриваемыми сталями становятся меньше. При содержании углерода в тех и других сталях выше 0?30% различия в значениях ударной вязкости стабилизируются и сохраняются примерно на одном уровне. Литейные стали, с массовой долей углерода более 0,30%, характеризуются низкими значениями удар­ной вязкости.

Полученные результаты показывают, что повышение прочности дефор­мируемых сталей с мартенситной структурой за счет роста массовой доли угле-1 рода до 0,45% в общем случае целесообразно. Применительно же к литейным сталям такой путь повышения их прочности является нерациональным, так как связан с их сильным охрупчиванием.

Преимущества перед известными аналогами

Установлена экономическая целесообразность поавшения прочности деформируемых сталей за счет массовой доли углерода по сравнению с литейными

Стадия освоения

Внедрено в производство

Результаты испытаний

Соответствует технической характеристике изделия (устройства)

Технико-экономический эффект

Сокращение материалоемкости в 1,2 раза

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

11.01.2007