автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Графитизированные стали для деталей горно-металлургического оборудования



Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт имени Серго Орджоникидзе

На правах рукописи

ЧИЧКОВА Альбина Ефимовна

УДК 669. 018. 28:621. 785. 3

Графитизированные стали

для деталей горно-металлургического оборудования

Специальность 05.16.01 — «Металловедение и термическая обработка металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Новокузнецк, 1990

Работа выполнена в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте имени Серго Орджоникидзе.

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Скуднов В. А.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Шетулов Д. И.

кандидат технических наук Цвигун В. Н.

Ведущее предприятие:

Западно-Сибирский металлургический комбинат имени 50-летия Великого Октября

Защита состоится «............» ...................................................... 1990 г.

в .................. часов на заседании специализированного совета

К 063.99. 01 в Сибирском ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте имени Сергэ Опджопикид'.е по адресу: 654007, г. Новокузнецк, ул. Кирова, 42.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского ордена Трудового Красного Знамени металлургическом институте имени Серго Орджоникидзе.

Автореферат разослан «............» .......................................... 1990 г.

Ученый секретарь специализированного совета, к. т. п., доцент Я. В. ШАМЕЦ

„,.,;'"") ОБЩАЯ ХШШШСТИКА. РАБОТА

jj

'Аетуалыгость паботи. В "Основных направлениях окототос~ кого л социального развития СССР lia период до 2000 сода" обращено кииапие на необходимость вациояального исполъзогстшг металлов.

Для прогрессивного развятззя маишшсгроешш ото связано с применение?.! дешевых материалов, обладающих широким диапазонов технологических я эксплуатационных свойств, обеспечивающих шео-кзге гйхшко-эяоаоютеатос покаеаташ за счет ресурсосбевагающях технологических процессов изготовления деталей, увеличения долговечности детадой, ¡ювыиехяет пх оевдзп работоспособности..

Гоафютзирораянке стали находят лее больнее примените во всех областях машиностроения. Являясь по хзлиескону составу заэвтектоддньпя! с 'новшегаш сояедканисм жвемния, вши» s етвтк-Tjjfi трафятнне ввлшмшя, щзадаявщс спсдайкческие свойства чтег-па, такие как глсояая демщирукщая способность, малая чувствительность п надрзз.у, в.чоокэя циклическая вязкость и т.д.

Ййжяксоя л лятедагурв даяние о взаимосвязи икзду тадаес-кж составом, структурой, свойствами, чувствительностью к внешнему надрезу ограничены. Возыюгности опттшзации химического состаза, реззшов тер?,отеской обработки с дслыэ создания требу-ешх диапазонов механических свойств сталей для прогнозирования нх поведения л конкретных .условиях эксплуатации cas не вскшти к на практике не .реализованы»

ЦптекслфвшщйЯ работа горно-металлургичэского оборудования вызывает ясаашш ядарда-лгсталостшх поврезденна его деталей, реботакщях в «лозном обьешеннаяржетшем состояния хг подвергаю-' щкхся шаяопершеншм нагрузкам. В шетя о этгсн изучение закономерностей поведения удельной работа (ззязяоети) разрушения графятизированнше сталей цредотазляется весьма актуальным.

Производственный опыт показывает, что себестоимость литых г^афитззпровашшх сталей в среднем на 15/» няне обычных углеродас-■ тых сталей и на 22?^ нине стали П0Г13Л. Последнее особенно актуально при все парастащем дефиците марганца в стране.

Пельи работы явилось комплексное эксперклентально-алалитичсс-кое исследование взак.госвязи химического состава и структуры с механическиш свойствами, чувствительностью к слоено!.1У напряженному состоянии, сдельной работой разрушения, сопротивлением ударно-усталостному разрушению, стойкостью к схватыванию трущихся металлических поверхностей лпте&шх гра^нтизировапних сталей после различных режимов термообработки для расширения области их пржо-пения в деталях горно-металлургического оборудования, в частности, возмоеносте замени стали Гадфгаьда. 0

В программу работа входит:

- выбор графштизированных сталей для отливок деталей с повышенными требованиями к долговечности;'

- исследование влияния химического состава (С, 5; , Мл,) и термообработки на механические ( с?! V, Я8у ¡¿О]), физические 0 л деформационные С Wp г ТЬ> П^ ) характеристики графитизирозашшх сталей;

- изучение обиих закономерностей влияния дисперсности гранитных включений я структуры металлической основа на твердость, удельную работу разрупенкя, сопротивление ударно-усталостному раз-руиении графнтизированных сталей с различными показателя:,ш деформационного состояния;

- исследование влияния различных рестиов термообработки л дисперсности графитных включений на стойкость гпа$итизировашшх сталей к схватыванию в трущейся паре букса-хвостовик;

- расчет оптимального" химического состава отливок из графита зированннх сталей, обеспечшзакций максимальную вероятность дости-

пеняя заданных механических свойств.

Научная новизна работы заключается в том, что в пей:

- обоснованы закономерности изменения механических и дефор-мацпошшх хараптепдетш:, позволшглие установить качееттзенше я количественные связи удельной, работы разрушения, а таксе флзичес-ких и гахлничос-кпх свойств с калле спим составом, термгческой обработкой, предельной деформацией, коэ&^шиегггом энергопоглоценля;

- указании е зависимости получены л виде лилейных уравнений, что дает возможность одетагс всех свойств через одно из лях, получешет расчетом из шгшмалыгого числа отлов их фактических значений п графиков, а тэкз.е прогноза поведения сталей за предела:.^ диапазонов исследованных параметров;

- представлена ядзяьная работа разрушения как едкпетазгаая комплексная энергетическая характеристика, способная отразить роль многих факторов а состояний и.етзлла, и разработаны пршщши се управления.

Практическая ценность работа заглотастся в том, что полеченная закономерности позволяют указать путл управления новедеялегл сталей без разргтаешя, поэтому они могут слукпть п Уне использована я качества теоретической основа:

- для гоивкетфшоцЕЕ и оксяказащ! литейных процессов к технологий при производств"! «долге я готовите изделия;

- для создаго'л прог£«жи и гатвюттаеских ьэделой коляеег-эеняой оценка качества л реоденнх возможностей сталей и тотохах яздеанй, давтгях долозитеяьньй ^эконсикческкй эсдек.

Обосяовашшо ЗОЕОНОКО.ОЯООШ ззиенепяя иэхштесжгх л де'роп-маодовшх заэактевястап пс"во..шкг:

а) получать при катальной числе ошгаов Фактические свойства я характеристика 01 раздгачЕШЖ техиологкчвекпх к прочих факторов, ответственных зн разрушенке;

- о -

б) прогнозироватъ~поведе1ше сталей за пределами изменения тех диапазонов параметров, которые быта: ограничены условии.® опыта, что также позволило сократить число испытаний;

в) наличие зависимостей для сталей делает возыо.'-тнм назначать химические составы, рекимы тершчзской обработки п способы литья, сокращать продолжительность'их освоения, способствуя экономен материальных ресурсов.

Реализация работн. Сформулированные общие принципы ^пользования экспериментальных и теоретически!; результатов исследований, апробированы на практике при решении следующих задач:

- установлении работоспособного материала дая трушейся металлической пары и разработай технологического процесса пзго-тошекия к ней втулки-буксы; д

- увеличении стойкости грайлтизировапшх сталей ударно-усталоствому разрушению при циклических нагрузках;

разработки 'оптшиалшого химического состава и рвгдп.'.а . термической обработки в судествузощих или вноеь разрабатываемых. технологических процессах отливок из графптизлровачных статей, обеспечивающих максимальную вероятность выполнения заданных механических "свойств и позволяющих прогнозировать условия' &ксп-. луатации конкретных деталей горно-металлургического оборудования;

- выборе конструкционных материалов и оценке качества получающихся изделии;

- - применении граултпзироЕапшх сталей взакон ШГ13Й для деталей брус дробильный, колосник, что позволило снизить их стоимость, увеличить срок служба изделия ц надешость работы оборудования, уменьшить потребное количество ремонтного персонала. ' - '

X1. о с то ве та ость те з улъ тг. тоз исследовании подтверждается обос-

новацией допущении, принятых при обобщении, выбором совремашшх ыетодик проведения' и обработки результатов исследований, объедем полученных результатов л исследованиях материалов, сходимостью тоорстачесшсс и экспериментальных данных, выпуском нор-иашкгых докуюнтоз для про'ишлешюсти.

5коко:я1чесгпй эффект от внедрения работ составят 85 ткс. рублен.

Апробация работ:;. Маторачи работы дсдозены, обсущеш и получил:! поло;штсльы!;Г: отзыв на: X научно-технической конферен-

3-апх молодых специалистов Запэдно-Сибкрского металлургического комбината (Новокузнецк, IS77 г.), Зональной научно-технической конференции "Современные методы испытаний судостроитедышх ка-тор:1;!лов" (Хабаровск, IS78 г.), заседании технического Совета ^сеоно-етслелпгейюго цеха Заиадно-С.тбирского .металлуршческото ксмб21!кта (Новокузнецк, ISGG г.), областной научно-технической г.оь^ерсчщзг "За научно-технический прогресс литейного производства" (Новокузнецк, 1982 г.), Всероснйскон студенческой кауч-чо-то:аа«сскоц KoiiîepoiûîEi: (Новэг.узнэза", КЗЗг.), зональной научно-техническо;' кокеерашди "Применение ЗШ для разработки техпологпчешмх процессов литья, проектирования оснастки'и анализа качества отливок" (Андропов, IS87 г.), Я Республиканской научно-технической кон^еренцш "Ресурсо-сберегакше технологические процессы з лнссйю:,! производство" (Ордксннккдзе, 1988 г.),

4-ой научно-технической кснйзрзнцип "Современнее достюзния в теории п технолог::!! пластической деформации металлов, термообработке :i в довкиекк долговечности изделии" (Горький,1285г.).

Публикации» По тсмз диссертационной работе опубликовано 8 статен»

Структура и объем работа. Основное содержание работы изло-

¿сено на 131 странице машинописного текста, состоит из введения, -5 глав, выводов; списка использованной литературы из 129 наименований, 73 рисунков, 39 таблиц и приложения на 44 сграницах.

За обстоятельные консультации при выполнении работ автор выражает глубокую признательность профессору, д.т.н. Скудцову Еениашну Аркадьевичу, а тшшз благодарит всех, кто сотрудничал с ним в работе.

Содержание работы

Во введении показана актуальность проблемы, сто радирована цель работы и дава'её краткая аннотация.

В первой главе дана характеристика графитизированных сталей, проанализировано влияние химсостава, структуры, те рас об раб о тки на механические и физичемие свойства графнтиздрованшх сталей; показана преобладающая роль формы и количества гранита на уровень дэг.шеоировшитя, с таксе как смазнваюиего вещества. Рассмотрена роль модифицирования в образовании грайлтной фазы и структуры матрицы, лрешдаества и недостатки данных сплавов в сравнении с другими, основные облает применения отливок из графита зированннх сталей. Возможность сочетания в данных сплавах лучших свойств чугуна и стали, приближения по прочностным характеристикам к сталям 4512, П0Г.ТЗЯ при относительной деие-■ ззизне создают предпосилкн к поиску составов, структуры, ренллов термообработки, технологических особенностей отлявог. деталей из графитизироьашшх сталей взамен ыаргалцоъксти'х.

На основе анализа литературных донных определена пути поисковых исследований.

Во второй главе представлены объекты и методшеи проведения исследований. Объекты -. лктейше граТитазирорэншв стали двадцати сеш шавок :•> серийная -сталь 110Т1ЯЯ шестнадцати плавок.

- S -

Графитизированные стали выплавляли в индукционной печя ИЧТ-016 с кислой футеровкой емкостью 160 кг. Графитизируодео и сфероидпзируюцее модафицировагае сплава осуществляли лигатурой 5СКМ в ковше. Температуру стали контролировали вольфр&м-рошге-вой термопарой погружения типа ВР5/БР20.

Содержание элементов з стали определяли химическим способом по известным методикам, а количество магния - спектральным анализом.

Для получения в стали разных структур металлической основа применялись следующие редшлы термической обработки:

TOI. Нормализация: нагрев до £60°С, выдеряка 1,5 часа, охлаждение на воздухе", откиг: нагрев до 7С0°С, выдержка 2,5 часа, охлаждение с печью до 600°с, затем па воздухе. Структура CI.

Т02, ТОЗ, Т04. Решш TOI, закалка в масло о 850°С, отпуск при 600 , 400 , 200°С в течение 1,5 часов. Структура 02, СЗ, С4 соответственно. •

Т05. Ренат TOI, закалка в масле с 850°С. Структура С5.

Т06. Реши TOI, изотермическая закалка с 850°С в соляной ванно при 200...220°С в течение 3 часов. Структура Сб.

Различия в дисперсности графитных включений достигали за счет различных условий кристаллизации, последующего охлаждения к термической обработки. Дисперсность графита (при одной объемной его доли в стали ^ 3,83$) определяли на ЭЛЖВАНТе и характеризовали средним линейным размером, удельной внутренней поверхностью и количеством включений па I т?. Получено шесть различных дисперсностей графита Т1...Г6 с линейным размером шаровидного включения 1,3...9,24 ыкл. Металлографические исследования структуры сталей проводили в соответствии с Г0С1 8233-56 на ' оптических микроскопах Mffi.í-ffil и "Кеофот-2" (увеличение от, 100 до 500 крат).

Плотность исследованных сталей определяли циклометрическим методам с относительной погрешностью ^ 0,2$.

Модуль упругости определяли на установке, работающей по ■принципу резонансных изгкбннх колебаний в шыюгерцевом диапазоне и при кагрэве до 800°С.

■ На исследуемых сталях определялись'стандартными методами механические свойства, ¡Едагргшы растяжения образцов испатьзо-. вали для определения показателя дефорладаонкого упрочнения, механические свойства - для расчета деформационных характеристик сталей. . .

Исследования -ударно-усталостной срочности сталей выполнены .на маятно конструкции А.Иадаси к ВЛЛолюбина, измерение напряжений посредством электрических тензометров сопротивления -. (проволочных датчиков) ^пша 2ПКБ-10-200ГА и стандартной тензо-метрпеской аппаратуры (тензоусилнтель УТЧ-1 и влейфовый осциллограф Н-102). Для сравнения результатов данных испытаний с ре-

• . вультатами, полученными друпши исследователями, оценку ЧУВСТВУ/- 1

Евтелшосзи к надрезу проводили по коэшйщиенту . о, ~ -— .

г ^

Рабочгя часть образцов отвечала всем требованиям ГОСТ 25.502-79.

' Контроль основных размеров осуществляли на микроскопе типа 1,Щ.

. При изучении поверхностей изломов использовали несколько методов: качественней е ютшчзотавнннй макроанализ щи увеличении до 40 крат, просвечивающей электронной микроскопии на УЭЫ&-100К о помощьв хшатиново-угольных одноступенчатое реплик.

Испытания стойкости гра^ктизировашшх сталей к схватыванию при тренгаг проводили на лабораторной установке, моделирующей процесс работы трущейся пары букса-хвостовик, основные характеристики которой близки к характеристикам работа пневматического

молотка. Замеры диаметров.'втулок-букс из графитазированной ста_

-саг и хвостовиков из ЗОНТ проводили на шкроскопе типа Ма21.

Испытаны шесть партий втулок-букс из графнтизировашшх сталей, различающихся структурой иэталлпчэской основы и дасшрснсстъя графитных включений. Количество опытов з каждой партии' равнялось четырем.

Втияние химического состава на структуру и свойства графи-тпзированндх статей изучали кетодсм планирования эксперимента, реализуя матрицу типа 23 до плану (табл.1).

Таблица I

Плод зкеперэкелта

<3 а к т о р и i С Si Мп

! и а о о а, ?

Кодовое обозначение Х2

Основной уровета 1,03 1,15 . 0,63

Интервалы варьирования 0,23 0,25 0,15

Нижний уровень 0,86 0,90 0,50

Верхний уровень - 1,32 1,40 0,80

Обработку опатнкх дапних проводили с помотай ДЖ-2М. Матама-тичзгаше модели полученных зависимостей проверялись на адекватность зкеперялентальнш данным.

В третьей главе представлены результаты исследований сов™ местного влияния элементов и структуры графитизнровашмх сталей на йизические и ивхавпчввкав свойства (табл.2). Из уравнений регрессии видно, что г.;ехш1ческке свойства з лзтогл состоянии не высоки.

Термическая обработай стали но рзпглу TOI, изкэняя структуру металлической основы, язкпшюф и за кэхаетмвекйв свойства. Растет пластичность сплава.

Для згк&тантпе грсй*игя:гф32ш:шрг стала]! (поет4» TOI) pocî

Зависимость

Таблица 2

свойств грахитиэированной стали от химсостава

Свойство Литое состояние Режим TOI Резким Т04

' МПа I04Q,7-240,SC-39,6Si 1077,8-241,7C-I28,8S(+IS,3Ma 653,1+151,30+95,2S;+S2Ma

$02> МПа - 6I0,4-IIO,4C-6O,8S<+I8,7Ma 350,3+147.8C+S2,2S<:+«7,4Mn.

& , % - 23Д4-7С-3,6s; 33,14-6,IC-2Si -2Иa.

, $ - . 22,2-6,3C-2St 27,3-4,8C-I,G5c-I.3Ma

H3 157,4+135,20-23,3Ma 94,7+54,80+14,4$:+46Ma HKC=25,S+I3C+6S:

Г, Ша Z12,1-7C-3,ЗМл. 144+33,CC+8Si+28,7Mn.

HCU'Sl 1Э ,4-70-3,2Si-I, ЗМП, 37,I-I0,SC-6,4&-2Ma.

ar ; . ' • .

количества углерода, крешля, марганца.приводит к упрочнении сплава л росту твердости, при этом нлнсгаческио свойства спирант сл.

Установленные линейные сглзп шгяу кехашгевскимя свойствами двадцати четырех плавок грсС-птпвяровагошх сталей после реаима 104 позволяют построить рогрессяонкш зэшеишета кохаяичоских свойств от твердости: 6^ = 233,7+7,3 1Ш0, !,Ша; = 33,2 - 0,43 НКС, $ ;

63 =-- зее,¡¿7-112,75 11ВС, Ша; Т = 25,8 - 0,35 НЕС, % .

Экспериментальные данные показали, что лите йт;е грпСптасм-роваанко тегглгчески обработанные стали могут успешно работать в паре с хвостовика:,к из стали ЗОХГТ при взаншоа металлическом трении возвратно-поступательного движения с ударной нагрузкой по торцу хвостовика, дютшетэгося со скоростью 7..,9".м/с в присутствии сыпучего абразива. Вадудая роль в их стойкостя принадлежит гра-риту, содорэзкпо которого 3,03$ в сбыеые кошо стагать достаточным, а лптйи?Я размер ~ 5 шл - косбхолш. Пря этом структура ;.:еташ;чоскс/- оойовк рсглагяитгруотся твердостью 45КЕС.

Установлена связь солротптзк'Я здефяо-ус'гг^лостиог.т разру-пегкп с дисперсности) гравийных вклклешы: г: твердость» гоаыити-зироваяких стела:': (тпйд.З), ЯазоГошв граЗаткзароаашй стали показали слабую чувствэтельаость к концелтрздшг напряжений при значениях теоретического коэффициента концентрации = 1,4... 2,0 , что койно объяснить нашчаом внутренних дефектов, вззываю-аих концентрации наярякеш-гл, соизкершуго с воздействием внешнего концентратора. Выявлен разрыв кривой усталости образцов, иыехвдх твердость 15НКС с концентратором напрялзний в области долговеч-ностей ГО4,.. 5 • 10^ цикл, а текке эффект скачкообразного пемз-нения кооКпщента чувствительности графита зированной стали к концентрации йапряиений.

Таблицг 3

Сопротивление усталости и длительная прочность образцов иг грофкшзированной стали

о

Коэффициент Тип , Тип :' Пределы длительной : Коэ®-Ткзр- Уравнение кривой парной кор- гра- мах- прочности, МПа, на базе фициент

дость усталости - реляции фита ршды ■-2-----.

Ю4 2.104 '2-1о5 ЧГ

•• щ (0,1ч) <0,2ч) (1ч") .' (2ч)

Образцы с концентратором напрягший =0,125)

15 ИБС 8,59-0,009 в (левый участок) - 0,962 Г4 И 510 477 - -

¥Р= 9,11-0.009 в" , (правый участок) - 0,896 - 457 423 0,222

25 НВС II 8,75-0,008 в - 0,570 Г4 С2- '594 556 469 431 ' 0,407

35 1ХС 6,86-0,008 в - 0,971 ' Г4 сз 607,5 570 - 482,5 445 0,433

45 НВС 8,62-0,007 € - 0,903 Г4' С4 , .660 617 517 474 0,359

55 Ш$С 9,31-0,008 € 0,950 Г4 С5 664 626 ■ 539 501 0,350

■ц

Образцы е концентратором напряжений ( § - 0,86)' 15 НЮ ^=12,51-0,011 в - 974 Г4 С1 774 746 683 655 0,099

Продолжение тгбглцы 3

Коэйцтоиечт Тип Тип Пределы длительной ,

Тнер- Уравнение крюсй nlpñóli Kopi ^ прочпоста, Ша, па gase

дость усталости реляции ^ IQ4 Z.IQA 1QÔ 2.IQb

(0,1ч)(0,2 ч) (1ч) (2ч)

15 НЕС Ц íJp=I4,42-0,013 6

к икс Eg/^=i2,7s-o,oii е1

15 I3C

Zcjtfp =11,41-0,010 6" 25 ЛЕС ^^«18,^-0,014 6" 35 HRC Ц =19,£7-0,015 в" 45 1ШС ígjfp =21,35-0,016 6" 55 ÎÏRC ^^p^23,26Í-0,0I8 6"

Гладкие образцы'

- 0,S4S П CI 801,5 778 725 701,5

- 0,377 Г4 - • CI 7Í¿ .772 706 681

- 0,034 Г6 CI 741 711 G4I 611

- 0,Ь70 Г4 * С2 1007 966 £33 914

- 0,983 Г4" СЗ 1065 IC45 С 28 278

- 0,S60 Г4 С4 1084 1066 1022 1003

- 0,581. Г4 С5 1070 IG53 1014 Í.X8

' - IG --

лэуюш:е практогрийичоски особенностей усталостного разрушения показало, что разборы площадей зон усталости и додома по яаадотся крптариеи для определения числа щаов до разрушен:«!, а с иовьпешем твердости образцов относительная площадь усталостной тредаш уменьшается

Г.лкройрактогржг.ы указывает на харекхврлу) особенность строения усгаюсготшс изломов - наличие усталостных ьякрополос, "траковнх следов", которые с увеличение;.! твердости образцов были слабо гыражешт, либо исчезли совсем. Быявлеко иадичзо микропор на фракгограккях разрушения, дкагпосгоровашшх наш как розул«-тат разрушения вг.сочонии (граоита), либо вследствие их дскогез;гц от матрицы. Однако кпкропорп отсутежвуют па жкрофрактогракя.хс разрудешш образцов 45IÏSG» При переходе к зона дол ома наблюдайся изменение оршитедж поверхности разрушкая; с увеличение; твердости образца меняется и характер разрушения в зоне долопс: вязкий (25HRG), кваэквязкнй (4SHRC), кшзкекол (55НВС).

Полагая, что разрушение материала конструкции вронзоИдо'.' ' поело исчерпания его удельной работы paspyueaîra, д.чя коялчасг-Еенно;: оцзнкк кед&шоси исдояьзодадя без размерим!: коэффициент эноргопоглошегам, козвалжшй интегрально оцэштатъ копоткуь:г.'ь-

нас и технологическою достоинства материала » T-bL- , где

1 г W

W - ..лктическсе значение удельной расой; оа1аделяо.гоа произко-

денизи 0,5 б" [W] - допустимое зпзчгнио удельной работы рззоупегшя иршишгется рашш • , где <ол „ - прз-

V , а,

дел текучести, Ор - предельная деформация, равная ta*. 1+0 ).

Бшечвно, что дисперсаосгь графитных жявчшшй влияет на деформационные характо ристихет П. > П. ^ ) : о уве-

личением размера графита они снижается. Полученные на тематические модели "свойство-хишчзгасий состав" для литейных граритизя-рованных сталей, нрошедаих термическую обработку Т04:

£р = 0,286-0,05C-O,02S:-O,0IMn; ' W = 224,34-20,04C+0,S2S£ ; №/м3 [Wj= S6,03+3,65C+S,2Si+II,7Mn; ВДж/ыЗ П,ы= 2,187-0,23C-0,I24SM3, ИЗ JYJ а

показывают, что углерод сильнее кремния и марганца, а увеличение содержания этих элементов уменыпаэт величину характеристик. Подобные зависимости рассчитаны и .для других режимов термической обработки. ' ' Установленные линейные корреляционные связи позволяют через одну яз характеристик оценивать все остальные. Tai:, для графити-зированной стали-после Т04 имеем:

6р = 0,0422+0,001 W ; tvw = 1,28-Ю,003 W. . По заводским данным 24 промипиенно-вьшашенкых шавок стали

ПОГГЗЛ рассчитаны деформадаенние характеристики, их средние зп&»

»

чекия: £р * 0,367 ; W = 302,5 №х/м3 ; [W]= ICO,25 Щя/м3| nw= I,5S0.

Четвертая глава поевчпена теории вопроса оценки состояния, графитизировашшх статей. Согласно современным представшшям состояние (н поведение) иоликрпсталличосннх тел определяется в основном четырьмя факторами: дефектностью разного масштаба, структурно-экергетическш уровнем (твердостью, прочность»), склонность» к релаксация во временя внутренних напряжений, приложенным напряяЕзяо-дофор.шрованнил состоянием. Е^шствснн'ой комплексной энергетической .ахтерке,гикой"Д'йЯ1к?1С«ачлов, спо-» ■ собнои отразить роль указании юаг.торов в состоянии металлов, яатяется удельная рпбота (вязкость) разрушения, рассчитываемая, например, из опытов на растяпепзе нн'-лпщрнческях образков по Формулам: с , с-

i L

- IS -

w

ITU ■ о

(3)

или . G.-e?^ о

Л46-

W уд

где M ry , AL - коэффициенты.

'V Ug -г) -

€ ' J,rn.

У графитизирсзаншх сталей о" и ^ с 20...25$, поэтому казн о заменять истинные деформации £ относительным:! <У" . Анализируя ярнвздзише уравнения, видим, что управляя показателем структурно-энергетического напряженного состояшя( -УД - 2),

О o,Z

управляем удельной работой разрушения: чем больше сопротивление разрупешш, коэффициент релаксации, тем больше W уд; и чек больше твердость сплава (при постоянстве других членов уравнения (1,2,3) ), скорость нагрукеиия, тем-она'меньше.

Итак, благодаря зависимости (1,2,3) получаются факторы,которые должны входить б математическую модель удельной работы разрушения W J3 , ИВ , Л , ^г , ),т.е.

плотность, твердость, сопротивление разрушению, показатель напряженного состоя кия," скорость нагрумения, показатель чувствительности" напряжения к скорости деформации. Результата данных экспергкентов деаге бозжулюсть управлять работой разрушения через один из названных факторов, так как установлена корреляционная связь НВ = Ч3 ( ^ » Si ,Ма, ьг6, <50У, о , у\> ).

"Анализируя козф^аяонта деформационного упрочнения, дкаг-рамм; предельной пластичности и прочности для графи тизнровал-ной стали и П0Г13Е, мо;пю заметить, что при уровне прочности примерно одинаковом уровень пластичности стали - Ггдфильда адвоо ша. Диаграша предельной пластичности гра<;;йтизиро ванной стали аномальна, таг: 'как состоит из горизонтального участка, а ксзКициент энергопогяочор.ия.преаосходнт на 45^ тот ко поле-

затэль дм стали ПОПЗЛ.

В работах П.Ромвари и др. поело анализа более 400 исследований показано, что скорость распространения усталостной тренины в поликристаллах при данном коэффициенте интенсивности напряжений ТС в основном зависит от удельной работы разрушения:

¿¡& - 1,7191 -ю-* (ЛИ ¡^.ООЕ "ух

5Е7 ' "

чем больше Wуд, тем меньпе скорость распространения треотш, тем лучше металл. Походя из этого, полученные математические модели физических, механических, деформационных характеристик графитизировашшх статей становятся инструментом управления и прогноза их поведения. Технологические факторы воздействуют на мохсвокства главным образом через изменение плотности.

В пятой главе предаоивны. практические задачи, в решении которых использовали получениие результаты исследований. Ери выборе материала трушеися втулкн-буксн, способной надежно работать в паре с хвостовиком, 'решали одновременно две задач:!.* оптимального регата графитообразования и работоспособной структуры металлической основы. Для работы в паре с хвостовиками из цементированной и закаленной на твердость 62НВС стати ЗОЛТ без пов-сеящешгй поверхности тремя втулки-буксы выбрана графитизиро-ванная сталь состава» %: 1,14С; 1,25 5:; 0,58Мм; ло 0,03 5 , Р, Сл. и Я С , модифлцированная лигатурой пярроспликоканьцик с магнием в количестве 0,6^ от м зы металла, термически обработанная на-.твердость 50НКС и имеющая в своей структуре графитные включения линейного размера >■> 5 мкм, Литая заготовка Для втулок-букс диаметром 70 мохет быть получена в одной пз двух литейных форы - енрой песчачо-г.танистой, либо металлической.

Результаты исследования позволяют оценить сопротивление графитизяровшшых сталей разрушении. На кривой усталости в

общем случае в зависимости от уровня шлтатудн пап ряжений шгшо выделить четыре области, характеризующиеся' различим закономерностями разрушения к поглощения энергии. Дополнительного учета

г

требуют выявленные особенности графишзировашнх сталей: нечувствительность к внесшим надрезам "при зяачсташх ¡¿¡. до 2, эффект скачкообразного изменения коэффициента чувствительности к концентрации напрягший в .диапазоне 104...5 •ГО^цнкл, уменьшение 1 надрезывающего действия большого чксла гранитных включении в структуре н их близком расположении относительно друг друга Бследсткш яатешя взаимной интерференции.

Основываясь на подходах линейной механики разрушения, анализируя данное электронной фрактографии, выявлены ведущие шкриле-ханизш, контролиружие хрупкое ы вязкое разрушение грарлтизиро-вашшх сталей после различных рскгаов тер.шчзской обработан.

Рассмотренные шкромехашга.щ разрушения связаны с различной энергией активации элементарных процессов и, как следствие, с различной энергией движения трещины. Учет кикрошханизыа разрушения в механике трещины является в&кншд для анализа трещино-стойкости конструкционных материалов в условиях подоб:1Я локального разрушения.

. Следующей практической задачей яаияется расчет оптимального химического состава грайнетзировзшшх сталей "для детатей горно-кеталлуртического оборудования, обеспсчивашии максимальную вероятность того, что твердость отливки будет находиться в -заданных пределах. В основу сформированных функционалов полонены нолучешше зависимости: ИКС = 25,9+130+6$; к' = 223,43-20,04Сч0,€2; = 1,28+0,003Ы.

Решение задачи ыакскшзацги функционала проведено градиентным методом но разработанной блок-схеме алгоритма и реализованной на ПЗлШ "Искра-226".

Согласно разработайте» резюмепдациям по предлозз-зеззной тех-лолопиг зззготовлезш литые детали из терзшчески обработазшой гра^згаззироваиззоГг стали взамен стали ПОПЗЛ, которые нзедрезш в углеподготоЕнтельисм здзз»:е БСЖ.

Дяя более н-зрокого применения графитзззззровазпзызз: сталей разработан портативныйдокуыези, обобщатзззй теоретические и практические рекомендации, составленное зза основе полученных результатов исследовании, к прш,мнению литых деталей в условиях ЕС®.

•ОБЩИЕ BUBO Д Ы

I. Получезпше коз.зшекеззые результаты исследоваззин грайити-отровшпвс ст&лой с ирроыщнь?,! граритозл состава,2:0,83...1,320; О,£0...1,40 Si ; 0,0...0,6Мп; до 0,03 S , Р , Оси М' ; ыодзз^зз-

ццровашаас О,Б...0,8;? длгалурзз .ÎCLK, подвзргнутнх ззормазпззазпзп

»

с ÏG0 С и отзытгу при ?£0...780°С, зазыадешзых с 8С0°С в масле

с лоследуыякл отзтуеззозз при 200°С, н-ызззчазот:

- иехакичеезззге свойства: в5 Г-12... 103:3 Ша,

S0,2 »15?...625 I/Ла, HJ =IS.. .21 ИКС 40. ..53;

до®ор«шщоаше: £р = "0,183...0,226, W =IS7...209 ЦНд/з.;3, 1,611., ,I,8ES;

- стойкость к схватнвашга труззззысся поверхностей кетачли-ческого трозизл в узлэ букса-хвостовик г.рч днаыетре грагТитззззх вззлзочегай в струз;туре ~ 5 ¡дел с хвостоеякяш ззз стаял 30 ХГТ;

- тзгую "зуыствытельззост-. к ззадрезу прзз ударно-цзвчззическсзл разрулзеази cj, - 0,ЗГ5, кроделн глытельноЛ прочаостя l'a базе 2-10° здззкл 1000 Ша (гладзнзе обрапззы), 474 ¡.Sic (с ззадрезо;.:

j> -0,125 мл), ззалззчззо усталостззых зскроззолос И "траззовзых следов" в усталостной soho, i зоззо долозза - п. ».знаков нластнческоЛ депорт,зшдгзг м позволяют ра:;о:,:е;®овать их ззак ксз;с-груклс:озы:ый зза-

те риал для деталей горно-кеталлуршческаго оборудования,

2. Указанные свойства, обеспечивают иозмокность широкого применении 'данных сплавов дая тяколо-нагрузгеннкх "деталей» работающих в ударпо-усталоспшх условмх при нагрузках, древние-щ допустимые для чугунов, а такке взамен сталей 4оГ2, ПОИЗЛ -для деталей, имеющих высокие требования по декшТирувдш свойствам,

3. На основе ви-полненнкх комплексных экспериментальных исследований грайпглзированзшх сталей, отлачатешхея дефектностью макро-, микро- я субшкромасатаба, структурно-энергетическим уровнем прочности, иалрягеш10-де§оршрованшгл состоянием, способностью к релаксации напрякекнй при различных температурно--скоростных условиях и находящихся в хрупком состоянии, обоснованы закономерности изменения механических и деформационных характеристик, позволишш:

- установить качестве иные и колкчестЕеннга связи удельной работа разрушения, а такке физических н механических свойств с химическим составом, тершческой обработкой, предельно;": деформацией, коэффициентом знергологлощекия; .

- получить указанные зависимости в кие линейных уравнений, а значит и получать расчетом из минимального числа опытов их фактические значения и графики;

- прогнозировать, поведение стаде II за пределами тех диапазонов исследозанкнх параметров, которые били достигнуты в опытах;

-представить удельную работу разрушения как единственную комплексную энергетическую характеристику, спосойгую отразить роль указанных факторов в состоянии металла и выявить наиболее значимый из них,

4. Полученные результаты создали возможность для термически обработанных грауктизироваиннх отелей:

- рассчитать математические модели для оценки физических, мехашческих, деформационннх свойств чероз одно из них;

-разработать принципы управления удельно!! работой разрушения;

- оптимизировать химическш"; состав для обеспечения заданных структурно-механических свойств отливок.

5. Грагритизированная сталь в узле металлического трения букса-хвостогак показала ведуцущ рать гранита в стойкости схватыванию труцихся поверхностей, содержанию которого 3,83$ в объеме сплава можно считать достаточном, а лппейянй размер

5 ш - необходимо«; металлическая основа реглсшнтаруэтся твердостью 50 ННС.

6. Чувствительность графитизированннх стелен к концентрации напряжении невелика, для статей твердости 15 ИКС в области

долговочностей го\..5>104 цикл наблюдали эффект скачкообразно-

#

го изменения её коэффициента, сопровох'далшися разрывом кривой усталости, что связало с переходом от хрупкого разрушения в условиях плоской дегорлаици к квазивязхому; стали твердости 45 НКС обладают наибольшей" ограниченной долговечностью при заданном уровне налряжний ударю-усталостного разруиения.

7. В работе ейорлулированы сбпие принципы использования экспериментальных и теогвтичеекпх результате^- исследований, которые апробированы на практике при решении следушпх задач:

- установлении работоспособного материала для трущейся металлической пары и разработг тзхяшошческщю-процессалгзго-_... . товления к ной втулки-букск;

- сопротивлении граХнтиоировапжх старей ударно-устаюстно-му разрушепип при циклических нагрузках;

- устаноатсния и разработки оптимального »гсического состава и реигма термической обработки в супествуждих или вновь разрабатываемых технологически процессах отливок из тс^лт: ¡знрзванлг-о:

сталей, обе опочивающих максимальную вероятность вшолнония заданных мохаинташк свойств и позвовящах прогнозировать условия эксплуатации конкретных деталей горно-жт&глургичоскоро оборудования;

- выборе конструкционных катериалов к" оценке качества получающихся изделии.

8. Прикепенке разработанных пршодгаов упраюгаяия удельной работой разрушения позволило решать технологическую задачу замены стали П0Г13Д ла'графятизяроЕонше дад деталей горно-металлургического оборудования (брус дробильный, колосник) и обеспечить экономический оЖект. около 85 тыс.рублей.

Основное содержание диссертации' опубликовало в следующих работах:

1. Чичкова А.Е., Перютятько В.Н., Тараско Д.И. Влияние структуры граамтизировшшых. стаяей на сопротивление разрешению при ударво-дакяячвегах нагрузках/УСовремонные методы испытаний судостроительных материалов: Тез.докл.зонал.науч.-техн. кокр.,

. Хабаровск, IS78.~ C.I76-IS0,

2. Чиркова А.Е. О чувствительности к недроэу грэйгтазированной стали при ударио-ццкличвекш н8гругенки//Ьа каучао-телпчееккй прогресс литейного производства: Тбз.дохд. обл.паута,-техн. консу., Новокузнецк, ,1£Б2.~ 0.26-27.

3. Чичкова А.Е. Г; вопросу ссойкост? букс павшз№ог.ошяа//Ьа научно-тсхничоешй прогресс литейного пронзводства:Тоз.догл,

. обл .нарт. - техн .конф. .Новокузнецк, IC82 .-С .31-32.

4. Валвдган АЛ., Чичкова А.Е. Ударно-усталостное разрувекда граТжтизировашшх стадей//йнтенси1чпса1ргя технологических процессов в металлурги! я повышение качества готовой продукции :Тез. дом. Бее рос. студ.кауч.-техн. кону. Новокузнецк, 1£83.~ C.IIS-I20.

5. "лгашгл Д.2. Повгзснпе стойкое» деталей горпо-штаялурвгееско-го оборудования, ркботаетих в условиях динамического взгепло-дейеттая с шегшей сродоЗ// Росурсообсрогещис тохнологачес-хпо процоссн в литейном 'производство: Тез.дохл. 2-ой Роспубл. няуч.-техн.кои([>,, Ордлопиклдзо, 1£88.- С.33-32,

С, Чпчгова А.Е., Скудпов В.А. Об особенностях влпяш'Ч концентрами 1!глря:;-.п1;ий па сопротивление удяряо-цлгллческой усталости грефзтаоярозаиой отали// Проблем: прочности,- # 10.-

С.27-31.

7. Члчкова А.Е. Влияние состава п тсрсячесхой обработки на механические свойства грпоитизлрованной стала с шаровидным графитом// йзвсстия вузов. Чёрная металлургия,- 1£8Е.-.!5 12.-С .100-104.

8. Чичкова А,Е. Связь разрыва кривых усталости графитизнровал-

>

ной стали с процессом её разрушения// Известия вузов. Чёрная металлургия,- 1££0.- Г 4.- С.82-84.

лот ЗОЛ К