CC BY
31
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
УДК 669.14.018.258 : 669.004.18
© Глотка О.А.*
ВПЛИВ ЛЕГУВАННЯ ВТОРИННИМ МАТЕР1АЛОМ НА КАРБ1ДНУ
ФАЗУ СТАЛ1 3Х2В8Ф
В po6omi розглядаеться вплив легування вторинним вольфрамом на морфологт та х!М1чний склад карбiдноi фази штамповог сталi для гарячого деформування 3Х2В8Ф. Встановлена подiбнiсть результатiв до^дження експериментальног та базовог сталi. Висуваються рекомендаци щодо замши феровольфраму експериме-нтальним лiгатурами, що дасть значний економiчний ефект.
Ключовi слова: вторинний вольфрам, штампова сталь, морфологiя та хiмiчний склад карбiдiв, феровольфрам.
Глотка А.А. Влияние легирования вторичным материалом на карбидную фазу стали 3Х2В8Ф. В работе рассматривается влияние легирования вторичным вольфрамом на морфологию и химический состав карбидной фазы штамповой стали для горячего деформирования 3Х2В8Ф. Установлена схожесть результатов исследования экспериментальной и базовой стали. Высунуты рекомендации по замене ферровольфраму экспериментальными лигатурами, что даст значительный экономический эффект.
Ключевые слова: вторичный вольфрам, штамповая сталь, морфология и химический состав карбидов, ферровольфрам.
О.А. Glotkа. The effect of alloying with secondary material upon carbide phase steel 3Х2В8Ф. This paper examines the impact of secondary tungsten alloying on the morphology and chemical composition of the carbide phase tool steel for hot working 3Х2В8Ф. Similar results were found for experimental and base steel grades. Prescribed were recommendations for replacement ferro-tungsten with experimental ligatures, enabling a significant economic effect.
Keywords: secondary tungsten, tool steel, morphology and chemical composition of carbides, ferrotungsten.
Постановка проблеми. В останш роки штерес до високовольфрамових сталей знизився, оскшьки розроблено, в значнш кшькосп, економнолеговаш безвольфрамовi стал^ Однак, в де-яких випадках, у важконавантажених вщповщальних шструментах, замшити класичну штам-пову сталь 3Х2В8Ф е неможливо. Тому виплавляння дано! стат виконусться невеликими париями зпдно до техшчних умов на машинобущвних шдприемствах для власного використання. Однак таке виробництво е коштовним та технолопчно складним. Для зниження витрат на ле-гуючi елементи, при виготовленш високовольфрамових сталей, пропонуеться використовувати вторинш матерiали, що значно знизять вартють кшцевого продукту.
Аналiз останшх дослщжень i публжацш. Оскшьки виплавляння таких матерiалiв вщбу-ваеться вщкритим методом та з використанням вiдходiв власного виробництва, це призводить до зниження концентрацш легуючих елеменив. Для подолання такого недолшу необхщним заходом е введення легуючих елеменпв (долегування) до рiвня марочного складу. Вольфрам, як правило, вводиться в розплав в видi лтатури - феровольфраму, щна якого в останш роки мае велик темпи зростання. Одним з методiв зниження собiвартостi стат 3Х2В8Ф е замша феровольфраму брухтом, що в своему складi мютить вольфрам [1]. Однак присутнють шкелю в бру-хт е негативним для важконавантажених штампових сталей [2]. Тому, окрiм проведення порiв-няльних випробувань мехашчних властивостей [3] та термоциклювання [4] необхщно ретельно дослщити карбщну фазу, яка е основною фазою, що змщнюе. Змша морфологи та типу карбадв може призвести до зниження мехашчних властивостей, як тсля випробування при юмнатнш
* канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Запоргзький нацiональний технiчний утверситет», м. Запорiжжя
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
температура так i пiсля невеликого термшу експлуатацп, що призведе до короткочасного вихо-ду з ладу коштовного iнстрyментy.
Мета роботи. Визначити вплив легування вторинним вольфрамом на морфолопю та тип карбадв високовольфрамово! штампово! сталi 3Х2В8Ф для можливосп прогнозування подаль-шого використання у виробництвi вторинного матерiалy.
Викладення основного матерiалу. Вторинний матерiал е вiдходами промислового комплексу Укра!ни та е сплавом системи W-7Ni-3Fe [1]. Оскiльки дослiдження показали, що вве-дення такого матерiалy в шихту без попереднього пщготовлення не е рацiональним [5], тому його було використано для витоплення лтатури системи Fe-W з рiзною концентрацiею вольфраму [6].
Сталь для виготовлення шструменту для гарячого деформування виробiв мае хiмiчний склад, механiчнi властивостi [3] та термоциктчну стiйкiсть [4] близьку до висунутих вимого ТУ 14-1-5243-93. Сталь витоплену з використанням експериментальних лтатур (вторинним вольфрамом) маркували, як експериментальну, а виготовлену за класичною технолопею - ба-зову. З метою ретельного аналiзy всiх перетворень, що вщбуваються при замiнi основного по-стачальника вольфраму, проведено дослiдження карбщних вкраплень в вище згаданiй стал^
Для дослiдження використовувався растровий електронний мшроскоп оснащений системою енергодисперсшного аналiзy фiрми SELMI РЭМ-106И, вггчизняного виробництва. Досль дження проводилися при прискорювальнш напрyзi в 20кВ у вторинних електронах. Кшьюсний рентгеноспектральний мiкроаналiз виконаний порiвнянням отриманих спектрограм з еталон-ними, якi записанi в базу комп'ютера вiд еталонних матерiалiв. Точнiсть детектування елемен-тiв спектрометром знаходилася на рiвнi 0,1% (мас.).
Термiчна обробка зразкiв полягала в гартуванш вiд температури 1100±10°С в оли з на-ступним вiдпyсканням при 650±10°С, 2 години в печi СНОЛ, згiдно з рекомендащями [7]. Для зниження товщини окисленого шару зразки розташовувалися в кварцевш трyбцi, кiнцi яко! за-паювалися. Окислений шар знiмався при завершальнш механiчнiй обробцi (шлiфyвання) повш-стю. Мiкрострyктyра пiсля повного циклу термiчно! обробки складаеться з ферито-карбщно! сушшь Карбiди складаються з вольфраму, хрому та ванадда типу М23С6 та М6С. Бал аустешт-ного зерна не перевищував №9-10.
Оскiльки карбщи е вторинними фазами i !х кiлькiсть значно менша в об'емi матерiалy, було запропоновано, для ретельного аналiзy, проведення вилучення надлишкових фаз з матри-цi. Одним з таких способiв е розчинення основи для аналiзy осаду, але вказаний метод е довго-тривалим, шкщливим для середовища та виконавця. Тому було обрано метод виготовлення ек-стракцшних реплiк, як бiльш еколопчний i з великою достовiрнiстю результата.
Зразки з експериментально! сталi та базово! проходили шлiфyвання, полiрyвання та трав-лення в 4%HCl. По^м розташовувались в ВУП-5М та проводилось напилення вуглецю на по-верхню шлiфа. Пiсля вказано! процедури вщ зразкiв вiддiлялась вуглецева реплiка за допомо-гою розчинення сталi 4%розчином HCl. Реплiки розташовувалися на мщних сiточках та заван-тажувалися в растровий електронний мшроскоп.
Така методика дослщження вторинних вкраплень дае достовiрнi результати при визна-ченнi хiмiчного складу фаз та можливiсть приблизно охарактеризувати стехюметричне стввщ-ношення мiж елементами.
На рисунку 1 приводиться зображення карбщних фаз експериментально! (див. рис. 1 а,в) та базово! (див. рис. 1 б, г) стат при рiзних збшьшеннях. Морфолопя карбiдiв мае сферичний характер та доволi велику дисперснiсть, як у базовi так i в експериментальнш сталi. Розмiри карбiдiв коливаються вщ 0,55 до 0,22 мкм для базово! стат i вiд 0,5 до 0,2 мкм для експериментально! стал^ Така схожють в розмiрах карбiдiв та подiбнiсть в морфологи обумовлене прове-денням технологи виплавляння та термiчно! обробки близько! до технiчних вимог. Окрiм цього вплив шкщливих домiшок, що потрапляють в експериментальну сталь з важкотопким брухтом не е доволi суттевим, оскiльки вiдмiнностей мiж порiвнювальними сталями майже не спостерi-гаеться.
Для порiвняння об'емного вмiстy карбiдiв в експериментальнш та базовш сталi, було використано метод шчних. Для цього використано по п'ять полiв зору при збшьшеннях в ><6000 та ><12000 та проведено по п'ять шчних на поле. Поля зору обиралися хаотично для збшьшення
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
достовiрностi отриманого матерiалу. Об'ем карбщно! фази в базовш сталi коливаеться в межах 5,4...7,1%, а в експериментальнш сталi - 5,2...6,7%. Таким чином можливо стверджувати, що замша стандартного легувального елементу (феровольфраму) на експериментальш лтатури FeW не впливае на морфологда, дисперснiсть та об'ем карбщно! фази в експериментальнш стал^
» * %
»• *
V
% • *
% * к %
•
* ,
к •
» •
к * , » < * * . »<
% ^
1 I .
% • % к
% А к" * * * к
• ' ♦
» % * •Г к - «ЧЬ.
к ^ 1 ч
% , » .
WD=13.8mm ЗО.ООкУ хб.ООк 10(1111
Рисунок 1 - Вторинна фаза експериментально! (а, в) та базово! (б, г) сталк а -х6000; б- х 12000; в - 6000; г - х 12000
Для визначення хiмiчного складу та приблизно! стехюметри карбiдiв було проведено рентгеноспектральний мiкроаналiз вкраплень сталей, що порiвнюються. При цьому, дiаметр електронного зонду приладу коливався в межах 100.300 нм, тобто вш значно менший шж ча-стки якi дослщжують, а отже данi, що отримуються е достовiрними. Однак кiлькiсть вуглецю в карбiдi визначити неможливо, оскшьки карбiди знаходяться прикрiпленими на вуглецеву реп-лiку.
За хiмiчним складом у вшх карбiдних вкрапленнях, як експериментально! так i базово! стал^ присутнi чотири елементи - хром, вольфрам, залiзо, ванадiй. Кiлькiсть елеменив колива-еться в наступних межах (табл. 1).
Таблиця
Хiмiчний склад карбiдних вкраплень
Сг Fe W V
Базова сталь 7,82.8,28 40,3.41,12 48,55.51,4 1,89.3,33
12,52.13,3 60,06.61,48 20,5.22,12 3,10.5,44
Експеримента-льна сталь 7,54.8,38 39,1.42,25 48,29.51,89 1,92.4,25
12,28.12,56 58,95.62,3 21,99.22,24 3,19.6,5
Чисельник - хiмiчний склад в масових вщсотках; знаменник - хiмiчний склад в атомних вiдсотках.
Аналiз отриманих результатiв дае змогу стверджувати, що карбщи е складними, iз знач-ною часткою залiза, тобто типу легованого цементиту. Однак в експериментальнш стат частка
а
в
г
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
залiза е дещо нижчою, що свiдчить про вищу легованiсть карбiдiв, а отже вищi температури перетворення (коагуляцп та сферощизацп). Це в свою чергу тдвищить експлуатацiйнi характеристики сталi та довготривалють експлуатацп виробу.
Таким чином, хiмiчний склад карбiдiв майже не змшюеться (дещо зростае легованiсть карбадв), а отже використання експериментальних лтатур витоплених з використанням вто-ринного вольфраму е виправданим.
Висновки
1. Вперше дослiджено морфологiю та хiмiчний склад експериментально! штампово! стаи 3Х2В8Ф, що витоплена з використанням вторинного вольфраму.
2. Встановлено, що карбщи мають подiбну форму та дисперснють в експериментальнiй сталi згщно з базовою.
3. Виявлено, що карбщи мають значну частку залiза, тому висунуто припущення, що вкраплення вщносяться до легованого цементиту.
4. Кшьюсть легуючих елементiв в карбщах експериментально! сталi дещо вища шж в ба-зовiй, що може призвести до деякого покращення властивостей.
5. Висунуто рекомендацп по замш стандартного феровольфраму, при витоплеш стал^ на експериментальнi лiгатури, оскiльки це не знижуе властивосп сталi, а економiчний ефект мае значний результат.
Список використаних джерел:
1. Глотка О.А. Дослщження важкотопкого брухту, що мiстить вольфрам / О.А. Глотка, А.Д. Коваль, Л.П. Степанова // Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудуванш
- 2007.- №1. - С. 17 - 20.
2. Позняк Л.А. Штамповые стали / Л.А. Позняк, Ю.М. Скрынченко, С.И. Тишаев - М.: Металлургия, 1980.- 224 с.
3. Глотка О.А. Структура i властивосп шструментально! штампово! сталi для гарячого дефо-рмування, леговано! вторинним вольфрамом / О.А. Глотка, А.Д. Коваль // Новi матерiали i технологi! в металурги та машинобудуваннi - 2010.- №2.- С. 33-36.
4. Глотка О.А. Термоциклювання штампово! стат 3Х2В8Ф, що виплавлена з використанням вольфрамового брухту / О.А. Глотка, А.Д. Коваль, В.Л. Грешта // Новi матерiали i техноло-гi! в металурги та машинобудуванш - 2012.- №2.- С. 10-16.
5. Глотка О. А. Розробка та аналiз структурно-фазового стану Ni-W та Fe-W стотв на основi важкотопкого W-Ni-Fe брухту для легування спецiальних матерiалiв у газотурбобудуваннi [Текст] : дис. ... канд. тех. наук / О. А. Глотка. - Запорiжжя, 2011. - 166 с. - Бiблiогр. : с. 142-166.
6. Глотка О.А. Використання важкотопкого брухту для виготовлення Fe-W лтатури / О.А. Глотка, А.Д. Коваль // Вюник двигунобудування.- 2008.- №2.- С. 164-170.
7. Справочник по инструментальным сталям / [В.И. Канюка, В.Н. Терехов, А.Н. Мороз и др.] под ред. Ю.Ф. Тернового.- Х.: «Металлика», 2008.- 224 с.
Bibliography:
1. Glotka O.A. Research refractory scrap containing tungsten / O.A. Glotka, A.D. Koval, L.P. Stepanova // Novi materialy I tehnologii v metalyrgii ta mashinobydyvanni - 2007.- №1. - P. 17 - 20. (Ukr.)
2. Poznyak L.A. Diesteel steel / L.A. Poznyak, Y.M. Skrunchenko, S.I. Tishaev - M.: Metallyrgiya, 1980.-224 p.(Rus.)
3. Glotka O.A. Structure and properties of tool die steel for hot deformation, secondary tungsten alloy / O.A. Glotka, A.D. Koval // Novi materialy I tehnologii v metalyrgii ta mashinobydyvanni -2010.- №2. - P. 33 - 36. (Ukr.)
4. Glotka O.A. Thermocycling die steel 3H2V8F that smelted using tungsten scrap / O.A. Glotka, A.D. Koval // Novi materialy I tehnologii v metalyrgii ta mashinobydyvanni - 2012.- №2. - P. 10
- 16. (Ukr.)
5. Glotka O.A. Development and analysis of structural-phase state of Ni-W and Fe-W stops from refractory W-Ni-Fe scrap for special doping materials in gas turbine [Text] : dis. ... candidate.
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2013р. Серiя: Техшчш науки Вип. 26
ISSN 2225-6733
those. Science / O.A. Glotka. - Zaporizya, 2011.- 166 p.- Bibliogr. : p. 142-166. (Ukr.)
6. Glotka O.A. Use refractory scrap for manufacturing Fe-W alloy / O.A. Glotka, A.D. Koval // Visnuk dvugynobydtvannya - 2008.- №2. - P. 164 - 170. (Ukr.)
7. Reference tool steel / [V.I. Kanyka, V.N. Terehov, A.N. Moroz and others] edited by Y.F. Terno-vogo.- X.: "Metallika", 2008.- 224 p. (Rus.)
Рецензент: В.Ю. Ольшанецький д-р техн. наук, проф., ДВНЗ «ЗНТУ»
Стаття надшшла 08.02.2013
УДК 669.14.018.256
© Солщор Н.А.*
ВПЛИВ К1ЛЬКОСТ1 ТА СТУПЕНЯ СТАБ1ЛЬНОСТ1 ЗАЛИШКОВОГО АУСТЕН1ТУ НА ЗНОСОСТ1ЙК1СТЬ I МЕХАН1ЧН1 ВЛАСТИВОСТ1
СТАЛЕЙ З 18 % Сг
В po6omi показана ефективтстъ застосування диференцтного тдходу до вибору ращоналъних режимiв термiчноi обробки сталей з 18 % Cr, що дозволяютъ значно тдвищити ix знососттюстъ за рахунок оптимiзацii Kmb^cmi та стабiлъностi аустешту.
Ключовi слова: структура, метастабтъний аустент, термiчна обробка, фазовi перетворення, мартенсит деформацп.
Солидор Н.А. Влияние количества и степени стабильности остаточного ау-стенита на износостойкость и механические свойства сталей с 18 % Cr. В работе показана эффективностъ применения дифференцированного подхода к выбору рационалъныхрежимов термической обработки сталей с 18 % Cr, позволяющих значителъно повыситъ их износостойкостъ за счет оптимизации количества и стабилъности аустенита.
Ключевые слова: структура, метастабилъный аустенит, термическая обработка, фазовые превращения, мартенсит деформации.
N.A. Solidor. The influence of the quantity and the stability of retained austenite on wear resistance and mechanical properties of steels with 18% Cr. This article shows the efficiency of application of the differentiated approach to the choice of the rational modes of heat treatment of steels from 18 % Cr, allowing considerably to promote their wear resistance due to optimization of amount and stability of austenite.
Keywords: structure, metastable austenite, heat treatment, the phase transformation, martensite of deformation.
Постановка проблеми. Сучасш режими термiчноl обробки зносостшких матерiалiв в основному направлен або на отримання мартенситно-карбщно! структури з високою твердютю для умов абразивного зношування, або стабшьного аустешту для умов ударно-абразивно! ди. Останшм часом для шдвищення мехашчних i службових властивостей отримуе все бшьший розвиток використання принципу самогартування при навантаженш, що засновано на отриман-ш в структурi сталей метастабшьного аустешту i подальшого перетворення його на мартенсит деформаци в процес експлуатацп. Проте для корозшностшких високохромистих сталей даний шдхщ не застосовусться.
Широко вщомо, що термообробка високохромистих корозшностшких сталей мартенсит-ного класу, зокрема 95Х18, в промислових умовах полягае в проведенш гартування вщ темпе-
* канд. техн. наук, доцент, ДВНЗ «Приазовсъкий державний техтчний ^верситет», м. Марiуnолъ
