CC BY
26
УДК.621.763:539.4.415.
РОЗРОБЛЕННЯ СХЕМИ ПОДР1БНЕННЯ ЗЕРНА СТАЛ1 09Г2С
C.I. Лябук, доц., к. т.н., Хар^вський нацюнальний автомобшьно-дорожнш ушверситет
Анотац1я. Розроблено схему отримання м1крокристал1чног структуры в cmani 09Г2С. Проведено анал1з еплиеу ттенсивног пластичног деформацИ' на структуроутеорення стал1. Досл!-джено еплие структуры на мщтсть стал1.
Ключов1 слова: низъколегоеана сталь, ттенсивна пластична деформащя, феритно-мартенситна сталь, границя текучост1, MiKpomeepdicmb.
РАЗРАБОТКА СХЕМЫ ИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ЗЕРНА СТАЛИ 09Г2С
С.И. Лябук, доц., к.т.н., Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет
Аннотация. Разработана схема получения микрокристаллической структуры в стали 09Г2С. Проведен анализ влияния интенсивной пластической деформации на структурообразование в стали. Исследовано влияние структуры на прочность стали.
Ключевые слова: низколегированная сталь, интенсивная пластическая деформация, феритно-мартенситная сталь, предел текучести, микротвердость.
DEVELOPMENT OF STEEL 09G2S GRAIN REFINING SCHEME
S. Lyabuk, Assoc. Prof., Ph. D. (Eng.), Kharkiv National Automobile and Highway University
Abstract. The scheme for producing the micro-crystalline structure of steel 09G2S is developed. Analysis of the intensive plastic deformation influence on the structure formation of steel is carried out. The influence of structure on the steel strength is studied.
Key words: low-alloy steel, intensive plastic deformation, martensitic-ferritic steel, yield strength, microhardness.
Вступ
Значну роль у забезпеченш надшно! та дов-гов1чно! роботи деталей машин та агрегат1в вщграе конструкцшна мщшсть матер1ал1в. Виготовлення нових зразюв техшки в маши-нобудуванш, ав1ацп тощо надае бшьш жорс-тю вимоги до працездатносп конструкцш. Це обумовлюе необхщшсть застосування матер1ал1в з бшьш високим комплексом ф1зико-мехашчних властивостей.
Для металевих матер1ал1в ця проблема виршуеться шляхом створення нових компо-зицш сплав1в або розробкою високоефектив-
них термомехашчних способ1в спрямованого впливу на структуру сершних промислових сплав1в.
Анал1з публжацш
Сталь 09Г2С належить до двофазних ферит-но-мартенситних сталей (ДФМС), структура яких е др1бнозернистою матрицею з 15-20 % мартенситу у вигляд1 окремих остр1вюв. У структур! також може бути присутня невелика кшьюсть залишкового аустенпу, бейнпу та дисперсних карбадв. До базових ДФМС сталей належать таю: 09Г2С, 09Г2, 09Г2Д, 10Г2С1. Для отримання феритно-мартен-
ситно'1 структуры проводять неповне гарту-вання. Структура мае складатися приблизно з 20 % мартенситу 1 80 % фериту [1, 2].
ДФМС стал1 не можуть змщнюватися терм> чним шляхом. Пщвищення характеристик мщносл терм1чно незмщнюваних сталей може досягатися за рахунок зменшення роз-м1р1в зерен (зернограничне змщнення) та фо-рмування субм1крокристал1чно1 чи наностру-ктури. Одночасно можливе створення таких структурних сташв, коли обидва щ фактори можуть дати сумарний внесок у пщвищення мщносл, наприклад, у процеа використання метод ¿в штенсивно! пластично!' деформацп -1ПД [3].
Мета 1 постановка завдання
Метою роботи було розроблення схеми под-р1бнення зерна феритно-мартенситно! стал1 09Г2С 1 дослщження впливу отримано! структури на мщнють.
Матер1ал 1 методика дослщжень
У поданш робот1 матер1алом дослщження була конструкцшна маловуглецева сталь 09Г2С. Зразки були пщдаш нагр1ву в камер-нш печ1 та гартуванню за таким режимом: температура нагр1ву t = 1050 °С; час витрим-ки зразюв т = 4-5 хв (зразки у вигляд1 куба, мали розм1ри 5x5x5 мм); охолоджувальне середовище - вода; 10 % розчин №С1 у водц спирт (якщо температура -15 °С). Проводив-ся вщпуск стал1 за умови tвiдП. = 500 °С; 550 °С; 650 °С. Час витримки - 30 хв.
Дослщження мшроструктури зразюв прово-дилося за умови збшьшення х 2000. Мехаш-чш дослщження проводилися на установщ TIRAtest-2300.
Результати дослщження та Тх аналп
У початковому сташ (рис. 1) сталь 09Г2С мала феритно-перлп-ну структуру з середшм розм1ром зерна ~ 20 мкм.
Пюля охолодження у вод1 структура змши-лася незначно - феритно-трооститна, ¿з середшм розм1ром феритного зерна ~ 10 мкм.
Пюля охолодження у розчиш 10 % №С1 у вод1 отримана структура пакетного маловуг-лецевого мартенситу.
А за умови охолодження у спирт1 (-15 °С) структура також мартенситна (рис. 1, в), але мартенсит мае др1бнокристал1чну будову-рейки мартенситу ~ 1 мкм. Отримання др1б-ного мартенситу повинне пщвищити пласти-чнють пор1вняно з крупнокристал1чним.
в
X 2000
Рис. 1. Мкроструктура стал1 09Г2С пюля охолодження з р1зними швидкостями: а - вода (К1); б - сольовий розчин (Р2); в - переохолоджений спирт (Ю)
Щодо властивостей мщносл, то в початковому сташ сталь 09Г2С мае досить висом значения мкротвердосп ~ 3000 МПа, грани-ця текучосп о0,2~ 860 МПа.
Пщ час гартування у вод1 дещо зростае мщ-нють, але найважливше пщвищення спосте-ркаеться у процес1 охолодження з1 швидкю-тю У2 \ У3 (рис. 1). Унаслщок значного
подр1бнення мартенситних кристал1в охоло-дження з1 швидюстю V3 (-15 °С) надае най-бшьшого приросту мщносп (рис. 2, 3).
На рис. 2, 3 також наведен! дат, отримат шд час штенсивного пластичного деформування всеб1чним пресуванням зразюв з1 структурою др1бного мартенситу. Це приводить до пода-льшого зростання мшротвердосп та границ! текучостг Пюля 1ПД спостер1гаеться поява текстури деформацп.
н, МПа
4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0
1ПД
Рис. 2. Мшротвердють стал1 09Г2С теля охолодження з р1зними швидкостями та теля 1ПД; 1 - початковий стан зразюв
1400
1200
°0,2, МПа
600
400
200
V1
V2
V3
шд
Рис. 3. Границя текучосп стал1 09Г2С теля охолодження з р1зними швидкостями та теля 1ПД; 1 - початковий стан зразюв
На рис. 4 наведено мшроструктуру стал1 09Г2С теля 1ПД 1 вщпуску за умови температур 500 °С, 650 °С. Вщомо, що у процес1 штенсивно! пластично! деформацп мартенситу маловуглецевих сталей з мартенситу за умови юмнатно! температури може видшя-тися вуглець. Таку структуру можна назвати структурою деформацшного старшня мартенситу [4, 5].
б
X 2000
Рис. 4. Мкроструктура стат 09Г2С теля 1ПД та вщпуску за умови 500 °С та 650 °С
Велика кшьюсть дефекпв (вакансш, дисло-кацш), утворених у процес1 деформацп, за-кршлюють вуглець, який частково видшився з мартенситу. Ознакою тако! структури е ви-сока терм1чна стабшьтсть.
На рис. 4, а наведено структуру стал1 теля 1ПД та нагр1ву 500 °С. Мшроструктура практично не вщр1зняеться вщ структури теля гартування з1 швидюстю V3, лише спостерь гаеться ще бшьше подр1бнення кристал1в мартенситу. Цю структуру можна визначити як деформацшно-зютарений м1крокристал1чний мартенсит ¿з середтм розм1ром кристалтв ~ 1 мкм. Подальше тдвищення температури вщпуску до 650 °С призводить до розпаду мартенситу та появи феритно-трооститно! структури (рис. 4, б).
Вщомо, що для бшьшосп легованих сталей в штервал1 450-600 °С починае видшятися вуглець ¿з мартенситу та протшае утворення спещальних карбщв [5]. Спещальт карбщи стал1 09Г2С - це карбщи марганцю. Утворення спещальних карбщв марганцю може вщбуватися шляхом трансформацп кристаль чно1 гратки цементиту в кристал1чну гратку карбщу марганцю («мехатзм на мющ») [5]. Велика юльюсть дислокацш (теля 1ПД)
1
0
сприяе цьому утворенню. Значний прирют мщносл можна пояснити ефектом мшрок-ристал1чно1 структуры i дисиерсшним твер-дшням. Найбшьш високий р1вень мшротвер-досп спостер1гаеться теля вщиуску за температуря 500 °С (рис. 5).
4000 3500 3000 2500 H, МПа 2000 1500 1000 500 0
500V3
550V3
T, с
650V3
Рис. 5. Вплив р1зних температур вщиуску (500 °С, 550 °С, 650 °С) на мкротвер-дють стал1 09Г2С (У3 - швидкють охолодження у переохолодженому сиирл)
Таким чином, у робол було розроблено схему подр1бнення зерна стал1 09Г2С, яка поля-гае у такому: 1 - гартування зразюв у переохолодженому сиирл; 2 - деформащя шляхом всеб1чного пресування; 3 - вщиуск за темпе-ратури 500 °С (рис. 6).
°С
Ас3
+
tH
500 °С
Рис. 6. Схема подр1бнення зерна стал1 09Г2С
Наведена схема дозволяе проводити об'емну пластичну деформащю (всеб1чний стиск). Застосування об'емного стиску дае можли-вють отримати досить велию значения пластично! деформацп, що неможливо у раз1 ви-користання шших схем деформування.
Висновки
Розроблено схему подр1бнення зерна ферит-но-мартенситно1 crani 09Г2С.
Причиною значного приросту мщносл у nponeci застосування всеб1чного пресування е отримання деформацшно-зютареного мк-рокристал1чного мартенситу.
За умови нагр1вання до температури 500 °С структура деформацшно-зютареного мартенситу практично не зазнае деградацп, але про-ткае утворення сиещальних карбщв (диспе-рсшне твердшня), унаслщок чого сталь 09Г2С 36epirae високий р1вень мщносл й терм1чно1 стабшьносл.
Лггература
1. Гуляев Б. Б. Структура и свойства сплавов /
Б.Б. Гуляев, Н.В. Камышанченко, И.М. Неклюдов, A.M. Паршин. - М.: Металлургия, 1993. - 318 с.
2. Голованенко С. А. Двухфазные низколеги-
рованные стали / С.А. Голованенко, Н.М. Фонштейн. - М.: Металлургия, 1986. - 250 с.
3.Добаткин C.B. Получение объемных металлических нано- и субмикрокристаллических материалов методом интенсивной пластической деформации / C.B. Добаткин, A.M. Арсенкин, М.А. Попов, А.Н. Кищенко // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2005. - №5. - С. 29-32.
4. Салищев Г.А. Структура и механические
свойства нержавеющих сталей, подвергнутых интенсивной пластической деформации / Г.А. Салищев, A.A. Закиро-ва // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2006. - №2. -С. 27-31.
5. Бабич В.К. Деформационное старение ста-
ли / В.К. Бабич, Ю.П. Гуль, И.Е. Долже-нков. - М.: Металлургия, 1972. - 320 с.
Рецензент: B.I. Мощенок, професор, к.т.н., ХНАДУ.
