CC BY
28
УДК 669.14:621.9 АгрызковЛеонид Емельянович,
к. т. н., главный металлург, ОАО ПО «ИЗТМ», тел.: (3952)288-121, e-mail: [email protected]
Власова Людмила Георгиевна, доцент кафедры электрооборудования оптико-электронных средств воздушной разведки
Иркутского военного авиационного инженерного института
Ивакин Валентин Леонидович, к. т. н., генеральный директор 292 центральной лаборатории, ОАО ПО «ИЗТМ», тел.: (3952)288-208, e-mail: [email protected]
Мусихин Ллексей Михайлович,
инженер-технолог отдела гл. металлурга, ОАО ПО «ИЗТМ», тел.: (3952)253-377 (2-95), e-mail: [email protected]
Черняк Саул Самуилович, д. т. н., профессор, ИрГУПС, тел.: (3952)297-266
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛЕЙ Э4ХНЗМ И Э7ХНЗА ПОСЛЕ ОДИНАРНОЙ И ДВОЙНОЙ ЗАКАЛКИ
L.E. Agryzkov, L.G. Vlasova, V.L. Ivakin, A.M. Musikhin, S.S. Chernyak
MECHANICAL PROPERTIES OF STEELS 34HNZM AND 37HNZA AFTER SINGLE AND DOUBLE HARDENING
Аннотация. Представлены результаты исследований по улучшению механических свойств сталей 34XH3M и 37XH3A. Приведены результаты испытаний образцов данных сталей после одинарной и двойной закалки в различных вариантах.
Ключевые слова: хрупкость, закалка, отпуск в масле, предел прочности, предел текучести.
Abstract. In the paper the results of researches on improvement of mechanical properties of steels 34HNZM and 37HNZA are presented. The results of tests of these steels samples after single and double hardening are shown.
Keywords: fragility, hardening, oil tempering, structural limit, yield stress.
Одной из актуальных задач в машиностроении является повышение качества, надежности и долговечности деталей машин, работающих в районах сурового климата Крайнего Севера и Сибири. Многолетняя практика эксплуатации машин, конструкций и оборудования в этих условиях показала неотложную потребность в создании специальной техники, так как потери от неприспособленности техники очень велики. Как правило, в Сибири и на Крайнем Севере техника выходит из строя задолго до исчерпания своего ресурса работы, а ее
ремонт на месте обходится во много раз дороже, чем в других районах, и стоимость его значительно превышает ее первоначальную стоимость.
Добиться сочетания высокой долговечности и надежности крупных поковок очень трудно, так как повышение прочностных характеристик обычно приводит к понижению пластических свойств.
Для определения оптимального режима термической обработки, обеспечивающего необходимый комплекс свойств, были рассмотрены следующие варианты:
• закалка 850 °С, масло, отпуск 200, 300, 400, 500, 560 °С;
• закалка 950°С, масло, закалка 850°С, масло, отпуск 200, 300, 400, 500, 560°С;
• закалка 950 °С, масло, отпуск 560 °С, закалка 850 °С, масло, отпуск 200, 300, 400, 500, 560 °С.
Оценка механических свойств сталей со структурой мартенсита после отпуска проводилась традиционными методами механических испытаний (испытание гладких образцов в условиях одноосного растяжения, испытание образцов с надрезом Менаде на ударный изгиб) в сочетании с более чувствительными методами (испытание образцов с зарожденной трещиной с целью определения работы зарождения и развития трещины, определение критерия вязкости разрушения К/с). Механические свойства стали в зависимости от
Современные технологии. Механика и машиностроение
ш
различных вариантов термической обработки приведены на рис. 1.
Рис. 1. Изменение механических свойств стали 34ХНЗМ
в зависимости от режима термической обработки: а, б, в) 1- закалка 850 °С в масле; 2 - закалка 950/850 °С в масле, отпуск 200-600 °С; 3 - закалка 950 °С в масле, отпуск 580 °С, закалка 850 °С в масле, отпуск 200-600 °С; 4 - закалка 850 °С, отпуск 580 °С, закалка 850 °С в масле, отпуск 200-600 °С
Сравнение прочностных свойств стали 34ХНЗМ в состоянии одинарной закалки (рис. 1 а, кривая 1) с прочностью стали, подвергнутой двойной закалке (рис. 1 а, кривые 2, 3, 4), показывает, что все технологические варианты двойной термической обработки имеют более высокий предел прочности. Двойная закалка с низким отпуском позволяет получить прочность на уровне 19001950 МПа, в то время как при одинарной закалке оВ находится на уровне 1800 МПа. Такая разница в прочности сталей, подвергнутых термической обработке и различным вариантам двойной термической обработки, остается практически при всех температурах отпуска. Предел текучести после двойной термической обработки (рис. 1 б, кривые 2, 3, 4) во всех случаях выше, и особенно это проявляется при высокой температуре отпуска.
Двойная закалка с низким отпуском 200 °С увеличивает предел текучести по сравнению с одинарной от 1660 до 1800-1850 МПа. Пластические свойства (5, у) после разных технологических вариантов двойной термической обработки улучшаются (рис. 1 в). Двойная закалка с отпуском 200 °С позволяет повысить относительное удлинение до 11,8-12,4 %. Та же зависимость наблюдается и для стали 37ХНЗА.
Очень важно оценить склонность конструкционных сталей к отпускной хрупкости, развитие которой снижает сопротивление стали хрупкому разрушению. Имеющиеся в литературе сведения по изучению склонности сталей к отпускной хрупкости весьма противоречивы [1, 2, 3, 4]. Определение склонности сталей 37ХНЗА и 37ХНЗМ к отпускной хрупкости первого рода проводили по изменению ударной вязкости и доли вязкой составляющей в изломе в интервале температур отпуска 250-300 °С через каждые 50 °С в состоянии одинарной и двойной закалки. С этой целью по две партии образцов каждой стали как после одинарной, так и после двойной закалки подвергали отпуску разной длительности (1,5 и 10 ч) в температурном интервале 250-500 °С. Образцы после отпуска (1,5 ч) охлаждали в масле, а после выдержки 10 ч нагревали со скоростью 20 °С/ч.
Продолжительность первичного отпуска 1,5 ч и 10 ч была обусловлена тем, что при отсутствии охрупчивания более длительный отпуск по сравнению с кратковременным способствует некоторому дополнительному разупрочнению стали, выражающемуся в снижении твердости и повышении ударной вязкости. При наличии эффекта охрупчивания увеличение выдержки при отпуске способствует усилению охрупчивания, снижающего ударную вязкость. При отпуске в интервале отпускной хрупкости одновременно происходит два противоположных процесса: разупрочнение и охрупчивание стали. Первый из них способствует повышению ударной вязкости и доли вязкой составляющей в изломе, а второй - их снижению. Проявление отпускной хрупкости наглядно показано на рис. 2 (расположение кривых ударной вязкости и процента вязкой составляющей для отпуска в течение 1,5 ч и 10 ч).
Темпфатура отпуска, Рис. 2. Определение температуры максимального охрупчивания сталей 34ХНЗМ и 37ХНЗА: 1 - 1,5 ч; 2 - 10 ч; одинарная закалка; двойная закалка
Исследование показало, что сталь 37ХНЗА более склонна к отпускной хрупкости, интервал развития отпускной хрупкости у нее шире и находится в температурном интервале 300-500 °С.
Легирование молибденом (сталь 34ХНЗМ), а также применение двойной закалки снижают степень охрупчивания и сужают интервал отпускной хрупкости. Для повышения комплекса свойств сталей 34ХНЗМ и 37ХНЗА целесообразно проводить окончательный отпуск при температурах 200-250 °С. Одновременно было проведено исследование ударной вязкости стали 37ХНЗА при низких температурах (от +20 до -60 °С) в зависимости от режима закалки и температуры отпуска (200-600 °С) (рис. 3).
Ударная вязкость после обычной термической обработки при температуре +20 °С (отпуск 200 °С) составляет 0,3 мДж/м2, с понижением температуры испытания ударная вязкость несколько снижается, особенно при отпуске 300 °С. Так, при температуре 0, -20 °С и ниже ударная вязкость снижается до 0,2 мДж/м2, с повышением температуры отпуска до 500 °С она возрастает, достигая
0.5.- 0,6 мДж/м2. Сравнение кривых ударной вязкости показывает, что ударная вязкость после двойной закалки возрастает на 0,2-0,3 мДж/м2 при отпуске 400 °С, а при более высоких температурах отпуска - практически в 2 раза во всем исследуемом интервале. Лучшие результаты получены для стали с закалкой от 950 и 850 °С с промежуточным отпуском 580°С.
Установлен оптимальный режим термической обработки стали 34ХНЗМ (закалка 950 °С, отпуск 580 °С, закалка 850 °С, отпуск 200 °С), обеспечивающий повышение предела прочности до 1800 МПа и предела текучести до 1600 МПа при сохранении на достаточном уровне пластических свойств и ударной вязкости.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Гудремон Э. Специальные стали. М. : Металлургиз-дат, 1959-1960. Т.1-2.
2. Гуляев А. П. Металловедение. М. : Металлургия, 1977.
3. Курдюмов Г. В. Превращения в железе и стали. М. : Наука, 1977. 236 с.
4. Меськин В. С. Основы легирования стали. М. : Металлургия, 1964.
Рис. 3. Зависимость ударной вязкости стали 37ХНЗА от режима термической обработки и температуры испытания (от +20 до -60 °С): 1 - закалка 850 °С в масле; 2 - закалка 950/850 °С; 3 - закалка 950 °С в масле, отпуск 580 °С, закалка 850 °С в масле
