CC BY
30
model and a method of analytical solution for determining the temperature field in both phases, separated by a mobile boundary of phase transformations, are developed. To determine the coordinates and velocity of the moving boundary, a transcendental equation is derived on the basis of analytical solutions of the heat conduction problems in both phases. The results of the analytical solution are obtained and analyzed.
Key words: temperature field, phase transformations, pyrolysis zone, filtration, porous residue, pyrolysis gases.
Formalev Vladimir Fedorovich, doctor of physical and mathematical sciences, professor, formalev38amail.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (National Research University),
Kolesnik Sergey Aleksandrovich, doctor of physical and mathematical sciences, do-cent, segey@oviont. com, Russia,Moscow,Moscow Aviation Institute (National Research University),
Kuznetsova Ekaterina Lvovna, doctor of physical and mathematical sciences, do-cent, lareynaa mail.ru, Russia, Moscow, Moscow Aviation Institute (NationalResearch Unive rsity)
УДК 669.017
СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЕ ПРИ ОТПУСКЕ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОЙ БЕЙНИТНОЙ СТАЛИ
Н.В. Мельниченко, Н.И. Парфёнов, Д.И. Кошелев
Рассматривается структурообразование при отпуске бейнитной стали.
Ключевые слова: структура зернистой морфологии, остаточный аустенит, механические свойства.
Низкоуглеродистые низколегированные стали (ННС) широко применяются в машиностроении. После термической обработки [1, 2] и проведения сварочных работ [3, 4] изделия из ННС подвергаются отпуску при температуре до 400 оС или выше 600 оС.
При средней скорости охлаждения 1...7 оС/с при распаде аустенита по диффузионному механизму образуется структура зернистой морфологии (СЗМ) - локальные микрообъёмы легированного аустенита с повышенным содержанием углерода [5, 6]. Очевидно, что она формируется вокруг карбидов тугоплавких легирующих элементов и блокируется, по-видимому, дислокационными петлями высокой плотности.
Изделия со СЗМ в процессе производства и эксплуатации могут подвергаться повторному нагреванию. При этом СЗМ может распадаться, что приведёт к изменению механических свойств.
236
Цель работы - исследовать влияние температуры нагрева на СЗМ и свойства стали 05Г2МФБ.
Методы исследования: термический, дюраметрический и металлографический.
Образцы 15 х 15 х 15 вырезались из плиты стали 05Г2МФБ. В образцах для термического анализа сверлились отверстия до центра для заче-канивания термопары.
Химический состав стали: 0,057 % С; 1,77 Мп; 0,30 % Си; 0,22 % С 81; 0,22 % N1; 0,10 % Мо; 0,07 % Сг; 0,056 % 0,030 % V; 0,027 % Т1; 0,0044 % 8; 0,014 Р %.
Термическую обработку проводили в модернизированных электрических печах СНОЛ и СШОЛ (фирмы МИУС). Твёрдость измеряли на твердомере ТК-2М, микроструктура оценивалась на металлографических микроскопах №оЮ11, температурные изменения образцов при термической обработке измеряли приборами фирмы ОВЕН с использованием компьютерных программ, АЦП и термопар ПП и ХА.
Образцы подвергали нормализации, закалке на СЗМ при ускоренн-ном непрерывном охлаждении и последующему отпуску с кратным повышением температуры до 800 оС. Твёрдость после закалки составляла НИВ 92...94.
При нагревании образцов изменения в структуре стали происходят при температуре выше 250 оС (рис. 1). Существенные изменения протекают в температурном диапазоне от 350 до 500 оС.
Рис. 1. Кривая нагрева стали 05Г2МФБ
Изменение твёрдости после различных температур повторного нагрева образцов (отпуска) со СЗМ отражено на графике (рис. 2).
237
Температура, °С
Рис. 2. Изменение твёрдости стали с повышением температуры
нагрева
При нагревании выше 350 оС твёрдость начинает незначительно снижаться. Когда температура превышает 500 оС, твёрдость повышается и достигает максимума при температуре 550.575 оС, затем снижается до НЯВ 80 после 650 оС.
Металлографическими исследованиями установлено, что после закалки в условиях ускоренного охлаждения формируется СЗМ (рис. 3).
х 1250
Рис. 3. Структура зернистой морфологии
При повторном нагреве образцов выше ~ 350 оС СЗМ начинает распадаться. Сначала вокруг глобули образуется тонкая пограничная зона повышенной травимости (рис. 4). Затем структура глобули распадается окончательно и выглядит, как чёрная точка.
Распад глобулей по объёму зерна протекает не одновременно. Сначала распадаются глобули, располагающиеся в средней части зерна, а затем - на его границах.
При температуре нагрева образца выше 650 оС СЗМ не обнаруживается.
х 1250
Рис. 4. СЗМ при нагревании ~ 400 оС: А - пограничная зона вокруг глобулей СЗМ; Б - следы распада СЗМ
При повторном нагреве при температуре около 300 оС распад СЗМ начинается, по-видимому, с аннигиляции дислокаций аналогично процессам возврата деформированной структуры и образованию в этих локальных зонах легированного мартенсита. При повышении температуры до ~ 400 оС происходит распад мартенсита, что может способствовать охруп-чиванию стали.
Неодновременный распад глобулей СЗМ с центре зерна и по его границам можно объяснить тем, что в центральной части располагаются менее тугоплавкие легирующие элементы, а по границам - более тугоплавкие, затрудняющие распад СЗМ. По этой причине СЗМ на границах зёрен распадается при более высокой температуре повторного нагрева.
При отпуске в температурном диапазоне 500...600 оС имеет место вторичное твердение в связи с выделением спецкарбидов.
Вывод
Отпуск стали 05Г2МФБ со СЗМ желательно производить при температуре до 300 оС или выше 550 оС, когда заканчивается распад остаточного аустенита.
Список литературы
1. Свищенко В.В., Чепрасов Д.П., Иванайский А.А. Формирование в промежуточной области структур зернистой морфологии и некоторые вопросы терминологии // Ползуновский альманах. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2003. № 4. 111 с.
2. Свойства низкоуглеродистой бейнитной стали / Н.В. Мельниченко, А.Н. Захаров, К.В. Демкин, О.И.Ляльков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки 2012. Вып. 12. Ч. 2. С. 21 - 25.
3. Исследование структуры низколегированных высокопрочных сталей / Д.П. Чепрасов, Е.А. Иванайский, A.A. Иванайский, К.С. Кровяков // Тезисы докладов 6-й Международной научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнеч-но-штамповочного производств». Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2004. С. 31.
4. Влияние скорости охлаждения на структуру низкоуглеродистой трубной стали / Д.А. Пумпянский, М.А. Смирнов, Л.Г. Журавлёв, И.Ю. Пышминцев // Вестник ЮУрГУ. 2006. № 7. С. 137 - 140.
5. Борякова, Смирнов М.А. Труды IV-й Евразийской научно-практической конференции «Прочность неоднородных структур - ПРОСТ 2008». М.: МИСиС, 2008. С. 203.
6. Калетин А.Ю., Рыжков А.Г., Калетина Ю.В. Повышение ударной вязкости конструкционных сталей при образовании бескарбидного бейни-та // ФММ. 2015. Т. 116. № 1. С. 114 - 120.
Мельниченко Николай Васильевич, канд. техн. наук, доцент, fmm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Парфёнов Никита Игоревич, бакалавр, fmm@,tsu. tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Кошелев Даниил Игоревич, студент, fmm@,tsu.tula.ru, Россия, Тула, Тульский государственный университет
THE STRUCTURE FORMATION DURING THE VACATION LOW CARBON BAINITE STEEL
N. V. Melnichenko, N.I. Parhenov, D.I. Koshelev
The features of structure formation during oding of bainitic steels are showen.
Key words: structure, of granular morphology, resiolual austenite, mechanical properties.
Melnichenko NikalayVasilievich, candidate of technical sciences, fmm@,tsu. tula.ru, Russiа, Tula, Tula State University,
Parphenov Nikita Igorevich, master, fmm@,tsu. tula. ru Russiа, Tula, Tula State University,
Koshelev Daniil Igorevich, student, fmm@,tsu. tula. ru Russiа, Tula, Tula State University
