автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Исследование наследственности видманштеттова феррита и разработка мероприятий по повышению качества стального литья

^ г Он

С >1 О

На правах рукописи

КАРПОВА ЕЛЕНА ЮРЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ НАСЛЕДСТВЕННОСТИ ВИДМА11ШТЕТТОВА ФЕРРИТА И РАЗРАБОТКА МЕРОПРИЯТИЙ ПО ПОВЫШЕНИЮ КАЧЕСТВА СТАЛЬНОГО

ЛИТЬЯ

Специальность: 05.02.01. - Материаловедение (Промышленность)

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Волгоград - 1997

Работа выполнена на кафедре "Машины я технология литейного

м

производства Волгоградского государственного технического университета

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Ильинский В .А.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Заболеев-Зотов В.В. кандидат технических наук Пегишева С.А. Ведущее предприятие: АООТ Волгоградский тракторный завод.

Защита состоится марта /в 10 часов в аудитории 209 на заседании диссертационного совета Д 063.76.03 в Волгоградском государственном техническом университете по адресу: 400066, г. Волгоград, пр. Ленина, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Волгоградского государственного технического университета

Автореферат разослан Ученый секретарь

диссертационного совета /// В.И. Лысак

ОБЩАЯ ХАРАХТЕРИСГИКА РАБОТЫ

Актуальность работы Развитие современного машиностроения предъявляет все более жесткие требования к качеству литых заготовок, в том числе и из традиционных углеродистых сталей, диктуя производству необходимость обеспечения прочностных характеристик на верхних пределах марочных значений стали. В то же время производственные условия изготовления стальных отливок / с - учетом мтюгофакторного влияния всех операций технологического процесса^ не обеспечивают в большинстве случаев не только максимальных значений ударной вязкости литых заготовок, но и минимальных о го во реши» требованиями ГОСТ 977-88. Низкие пластические характеристики стали часто связывают с неизбежным возшткновением при охлаждении отливок в форме метастабилкной впдманнггетговой структуры, оказывающей охрупчивлющее воздействие на литую сталь даже после термической обработки отливок. Наследственное последействие видманштеттого феррита в нормализованных сталях, сохраняющих некий "эффект памяти", о природе которого в настоящее время маю известно, не позволяет в полной мере получать положительные эффекты от применегам современных технологий выплавки, мнкролегаровання, рафинирования, ковшевой обработки стали и др.

Поэтому выявление механизма формирования отрицательной наследственности видмшшггеттова феррита и изучение возможности ее частичной или полной нейтрализации ятя повышения качества стальных отливок представляет существенный научный и практический интерес.

Цель_работы: Повышение ударной вязкости стали 20Л за счет

нейтрализации отрицательной наследственности видманнггетгова феррита методами литейной технологии.

Для достихсшм поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

- теореппески обосновать и экспериментально подтвердить природу наследственного последействия вяяманштеттова феррита с индентифккацией конкретных параметров микроструктуры, ответственных за понижение пластических свойств низкоуглеродистой стали;

- произвести измерение фактической перссышенности видманштеттова феррита углеродом и изучить изменение его свойств в зависимости от содержания углерода;

- разработать методы изучения кинетики старения видманштеттова феррита в процессе охлаждения .отливок в форме и при отпуске с повторного нагрева;

- произвести качественную оценку всех структурных составляющих литой в нормализованной стали 20Л в отпошетш их сопротивляемости разрушающим нагрузкам и определить наиболее слабые элементы структуры, являющиеся очагами зарождения трещин;

- исследовать факторы, интенсифицирующие проявление отрицательной наследственности видманштеттова феррита в термообработашшх отливках;

разработать комплекс наиболее действующих технологических мероприятий, позволяющих нейтрализовать проявление наследственности гшдманштетга в отливках и повысить их ударную вязкость;

- осуществить лабораторную и производственную проверку правильности найденных закономерностей.

Научвзд новизна

1. Выявлен механизм отрицательной наследственности видманштеттова феррита, способного образовывать в структуре сохраняющиеся после нормализации протяженные карбидные образования, являющиеся мощными концентраторами напряжений.

2. Показано, что видманштеттов феррит является пересыщенным а-твердым раствором и при его возникновении не требуется предварительного диффузионного перераспределения углерода в аустсшггс.

3. Впервые исследован видманштеттов феррит в момент своего образования и после самоотпуска в форме. Установлено, что видмапштеттов феррит претерпевает две качественно отличные стадии самоотпуска:

- первая, наиболее интенсивная, в контакте с еще непрсвргщенным аустенитом, практически не сопровождается выделепием избыточных карбидов;

' вторая / после завершения перлитного превращения / приводит к выделению избыточных карбидов на границах и в приграничных районах дилмянш 1с новых пластин.

4. Интенсивность и полнота протекания первой стадии самоотпуска предопределяет степень проявления отрицательной наслсдствспносго. Повышение температуры первой стадии самоотпуска и понижение скорости охлаждения в этом интервале резко уменьшает способность шгдманштстгова феррита к выделению избыточных карбидов, улучшая свойства стали после

нормализации.

5. Впервые показано, что в ограниченных пластинами вцдманпггепа объемах аустенита формируется аномальный перлит с кристаллографической ориентацией феррита, эшггаксиальпо зарождающегося на плоских границах впдмапштетга. Ведущей фазой перлитного превращения в этих зернах является не цементит, а феррит.

6. Разработан метод визуализации проявления отрицательной наследственности впдмапштетга в нормализованных сталях по появлению характерной формы микродеформацпонного рельефа.

Практическая ценность работы состоит в том, что изученный механизм формирования в стальном литье отрицательной наследственности видмапнпеттова феррита позволил выделил. из всего множества технологических факторов два значимых, регламентация которых в рамках традиционной литейной технологии не представляет трудностей, но способна существенно повысить ударную вязкость низколегированной стали 20Л.

В соответствии с технологически обоснованными и проверенными методами нейтрхтаздции отрицательной наследственности видманпггетга, увеличение в стали содержания кремния и снижение содержания марганца в пределах требований ГОСТ 977-88, повышая температурный интервал у а превращения, снижает остаточную пересыщенность влдманштетга углеродом а стабильно, на 10-15%, повышает вязкость стали.

Ускоренный нагрев лнтья при проведении нормализации в интервалах 350-550°С, предотвращая коагуляцию выделяемых кшктнггепем избыточных карбидов, наиболее значительно (25-35%) повышает ударную вязкость стала.

Результаты подтверждены актом производственных испытаний, проведенных на Волгоградском тракторном заводе.

Абсолютные значения данных технологических параметров не подяезгжг жесткой регламентации, поскольку для каждого типа производства они могут не совладать, однако даже качественная ориентация техпроцесса в указанных , а не противоположных направлениях, гарантирует стабильное получение в стальном литье марочных значений К.С£Г.

1. Видманштсттов феррит представляет собой пересыщенный углеродом

а-твердый растаор, способный отпускаться с выделением избыточных карбидов.

2. Образоваппс видмалпггетгова феррита стали 2Ш1 происходит по мартсисишому типу, т.е.' без предварительного диффузионного перераспределения углерода.

3. Самоотпуск видманштеттова феррита начинается одновременно с его образованием и протекает без выделения избыточных карбидов в присутствии вепревращенного аустенита в с выделешзем их после завершения аустснитного превращения. Снижепие пластичности стали связано только со второй стадией самоотпуска.

4. Способность впдмашатспа выделять на протяженных границах и внутри пласта избыточные карбиды, не растворяющиеся при нормализации, определяет природу яонпзеевпой пластичности стального литья.

^рройлттад Основные положения диссертации докладывались и

обсуждались на научно-тсхнологичсских конференциях в ВолгГТУ /Волгоград, 1994, 1995, 1996гг./, межвузовских научно-пракютсских конференциях студентов в молодых ученых "Новые промышленные техника и технологии. Компьютерное обеспечение и компьютерные технологии." /Волгоград, 1994, 1995гг./, IX Российской научно-технической конференции "Теплофизика технологических процессов" /Рыбинск, 1996 г./, межвузовской наушо-мстодичсской конференции "Современные технологии в промышленности, строительстве и высшем образовании: инновации, опыт, проблемы, перспективы" /Камышин, 1996 г./.

Публикации. Основные положения диссертации изложены в 8 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, списка литературы, включающего 102 наименования. Диссертация излажена на 153 страницах машинописного текста, содержит 54 рисунка и Б

•П^ТТрт

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность работы и сформулированы основные научные положения, представленные к защите.

-7В цервой главе на основе литературных данных анализируются современные представления о механизме превращения аустешгта в промежуточной и мартепситной областях.

Наименее изученной структурой промежуточной области превращения является видманштетгов феррит, постошшо образующийся вотлипках из низко-и среднеуглеродисшх сталей.

При этом считается, что. предшествующая сдвигу диффузия углерода в аустешгге обезуглероживает одни михрообьемы аустенита, подготавливая их к сдвиговому превращению, и пересыщает аустснит в граничащих с видманштеттом микрообьемах, способствуя выделению пограничных карбидов.

Таким образом и бейшгг и видмапштетг должны представлять собой феррито-карбидную смесь, образующуюся в условиях конкуренции двух механизмов кристаллизации фаз: диффузионного и сдвигового.

Но, если для хорошо изученных бейгагпшх структур, являющихся делыо специальных технологий термической обработки изделий, такой механизм превращения является доказшпгым, то на значительно менее изученный видмашитеттов феррит данный мехшшзм распространен скорее по аналогии, нежели на основании исследований. Видмапштетг рассматривают, прежде всего, как структуру, требующую исправления двойной а->у-кх перекристаллизацией. Однако в отливках из низкоуглероцистой стали видманштетгов феррит образуется всегда, тогда как нормализация или отжиг литья, предусматриваемые штатной технологией далеко не всегда сопровождаются ожидаемым повышением пластичности стали.

Способность видмашитетгова феррита проявлять некое наследственное последействие, снижая в псрекристаллизовашюй стали пластические свойства и, в первую очередь, ударную вязкость, неоднократно отмечалась различными исследователями. Исходя из этой мало изученной до настоящего времени способности видмашитетгова феррита понижать ударную вязкость не только литого, но и нормализованного металла, прошедшего двойную а-*у-*а перекристаллизацию, были сформулированы цель и основные задачи исследования.

Вторая глава. В соответствии со сложностью поставленной задачи в работе, наряду о обычными металлографическими, использовался широкий спектр совремешшх методов металло^аЗичесын исследований, включающих

рентгеновские, электрошюмикроскотпеские, рсттеноспектральные, алепронно-микроскопическую и растровую микрофрактографию и др..

Материалом исследований была выбрана сталь 20Л.

Исследования проводились на стали, выплавляемой в лабораторных и в производственных условиях сталелитейного цеха ПО ВгТЗ.

Образцы вырезались из экспериментальных отливок, представляющих собой четырсхдспестковые трефовидиыс пробы^ в литом состоянии и после различных режимов отпуска и нормализации.

Механические испытания проводили по стандартной методике в соответствии с ГОСТ 945У-78.

Изменение ударной вязкости сопоставлялось с характером изменений отдельных структурных составляющих и,прежде всего, видмашитеттова феррита, получаемых после различных режимов термической обработки.

Металлографические исследования стали проводились на оптическом микроскопе "КеорЬо1-21" с использованием увеличений от 100 до 2000 крат.

Целенаправленное изучение видмашитеттова феррита потребовало построения термокинетической диаграммы его образования из переохлажденного аустешгта стали 20Л. Для построения такой диаграммы использовалась последовательная закалка от различных температур образцов, охлаждающихся в форме, и количественные металлографические исследования их структуры. Необходимые изменения скорости охлаждения стали 20Л в интересующем интервале температур достигались при использовании образцов с различными приведенными толщинами стенок (от б до 25 мм), охватывающих основную номенклатуру машиностроительных отливок.

Статическая обработка результатов измерения микротвердости позволяла характеризовать процессы изменения свойств видманштетта в динамике, начиная с момента его образования и самоотпуска при охлаждении отливок, до момента, предшествующего его перекристаллизации / при нагревах под нормализацию.

При количественной оценке степени пересыщения углеродом видмашитеттова феррита был применен рентгенографический метод определения тстрагоналыюсга решетки а-твердого раствора.

Сложность дапнкгх исследований определялась наличием в структуре стали

20Л нескольких модификаций а-твердого раствора, а именно наряду с видманштстгом присутствовал зернограничный полиэдрический и эвтектоидный ферриты. Кроме того, при фиксировании видманштетгова феррита закалкой в момент его образования, из еще пепревращенного аустенита образовывался мартенсит, т.е. четвертая модификация а-твердого раствора. Во избежание искажающего влияния последнего на результаты измерения, анализу подвергались только образцы, закаленные от послеперлитного интервала температур, не содержащие в структуре мартепсит, но имеющие уже в значительной мерс отпущешшй видманштетг. При этом, в качестве допущения принимали, что искажающее влияние феррита диффузионного происхождения, т.е. эериограннчного полиэдрического и эвтектоидного, может проявиться только в некотором понижении суммарной тетр атональности а-Ре(видманштетга), но не в ее повышении.

Поверхности разрушения ударных образцов исследовались на растровом микроскопе РЕМ-100 и на электронном микроскопе УЭВМ-ЮОк по стандартным методикам путем копирования рельефа излома с использованием угольных реплик.

Для тучсш1я морфологических изменений трашщ вндманштела, характера избыточных выделений и специфики строения эвтектоида в плоских зернах ироподились электронно-микроскопические исследования при увеличениях до 18000 крат.

Электропная микроскопия использовалась также при изучении зародышевого плияшя плоских границ вцдманштетта на эвтектоидный феррит; характера разрушения литой и термообработанной стали.

Специальная методика, основанная на выявлении микропсоднородного распределения пластической деформации в структурных составляющих сгали, позволила осуществить визуальную регистрацию наследственного последействия видманштетгова феррита по деформационным бороздкам, характерной для вцдманштетта формы.

Работа предусматривала разработку технологических методов проверки правильности выдвинутых предположений о природе отрицательной наследственности видманштетгова феррита и поиск способов как ее нейтрализации, гак и, напротив, усиления.

-ю-

• Основные направления этих исследований базировались на изменении интенсивности самоотпуска впдмапштетга в процессе охлаждения литья и на подавлении или интенсификации процессов коагуляции уже выделившихся из него карбидов при нагреве под нормализацию.

В третьей главе диссертации приводятся материалы разносторонних исследований видманштетговой структуры, призванных расишфровать природу отрицательной наследстветюсти и выявить какие-либо ее структурные проявления, ограничивающие работу разрушения стали 20Л чрезвычайно низкими значениями (КСЦ).

Ухе предварительные металлографические исследования позволили выявить структурные аномалии, не вписывающиеся в современную теорию промежуточного превращения аустешпа. Было установлено, что микрохимическая неоднородность аустенита по содержшшю кремния и марганца способна не только существенно расширить тс мпературпо-временные интервалы промежуточного превращения, но и изменить в отдельных микрообъемах последовательность образования фаз по диффузионному и сдвиговому механизмам, друшми словами^ в подобных аномальных участках образование видманнпстга предшествовало образовашпо полиэдрического феррита. Так, рентгеноспектралыюе микроэонднрованне центральных и перефернйных областей структурных аномалий покачало разницу в содержании кремния около 0,108Й>, а марганца около 0,6%, что, согласно градунровочным графикам, способно, при существующих скоростях охлаждения отливок, замедлять в одном микрообьеме зерна и ускорять в другом превращение аустенита. примерно на 10 е., продлевая интервал промежуточного превращения практически до завершешш перлитного превращепия. Было установлено, что образование неравновесной видманштетговой структуры в литых сталях сопровождается появлением зерен перлита особой формы с существенно отличными структурой и свойствами самого эвтектоида. Электрошю-микроскопичсские исследования таких перлитных зерен показали отсутствие многоугловых границ между эвтектоидным и видманштеповым ферритом, свидетельствующее об эпитаксиалыюм зарождешш. Последшш, как бы "выбрасывая" из себя по всей дапше границы однонаправленные отростки феррита, более широкие в основании и утоняющиеся по мерс их удаления от

подложки, формирует кристаллографически ориентированную перлитную колонию. Видмапипеттов феррит, определяя форму и строение таких перлитных зерен, обеспечивает этнм перлитным зернам весьма необычные свойства, помогающие раскрыть природу самого видманнпетгова феррита. Например, отпуск стали не только не стекал микротпердость перлита в таких зернах, но и, сопровождаясь превращением эвтектоида в квазиэвтектоид, напротив, существенно повышал ее.

Было обнаружено, что впдмаяштепов ферртгг, вынужденный после своего образования продолжительное время испытывать воздействие высоких температур, отпускается с выделением избыточных фаз.

Выполненные в работе исследования видманштетта, фиксированного закалкой в начальные моменты его образования и после различных периодов охлаждения^ позволили установить неожиданно высокую степень его пересыщенности углеродом.

Таблица 1

Мнкротвердость вияманиггетга в зависимости от содержшшя в нем углерода

№ Свойства видманштетгова феррита'

обр. Вариант термообработки 11,5X1 ОТ,Па с/а* С,%'

1. Охлаждение в форме до 620*С и закалка в воду 130 1,0072 0,17

2. Охлаждсшю в форме до 50'С 95 1,0037 0,08

3. Отпуск при повторном нагреве

550*С, 5 час. 86 1,0009 0,019

4. Закалка от 1100'С в соленую воду на

мартенсит 220 1,0106 0,23

* В таблице приведены средние значения по трем измерениям

Так^в айроупс 1 /Табл.1/ даже после интенсивного самоотпуска в интервале температур от 690*С -момент образования до 620*С -момент закалки содержание углерода в видмашлтетге оказалось соизмеримым с его содержанием в мартенсите /обр.4/. При этом, однако, микротвердость видманнпетгова феррита уже понизилась с 200 до 130x10^ Па. Статистически обработанные результаты измерения микротисрдостн видманштетгова феррита в оопоепшлетга о

содержанием в нем углерода покатали, что наиболее интенсивное снижение микротвердости происходит в период образования первых пластан за относительно небольшой промежуток времени. При дальнейшем охлаждении образцов, начиная с момента завершения перлитного превращения, падение микротвердости видманштеттова феррита замедляется, образуя на кривой резыгй перегиб.

Веслом изменение микротвердости видманштеттова феррита обнаруживает достаточно хорошую корреляционную связь с содержанием в нем углерода и даст основание считать, что в момент своего возникновения видманштетгов феррит образуется по сдвиговому механизму, не требующему диффузиошюго размежевания углерода в аустетгге.

• • Другими словами^в стали 20Л образование пндмашчтетга происходит по мартенситпому ппту. Только высокий отпуск с повторного нагрева /обр.З//Габл.1/ приводит концентрацию углерода в впдманштспе к равновесному содержанию. При этом и его твердость снижается до значений твердости полиэдрического феррита.

Анализ содержания углерода в видманштеттовом феррите показал, что его самоотпуск в процессе охлажд«шя отливок протекает в 2 стадии. Первая, в присутствии еще непревращенного аустешгга, самая интенсивная, не сопровождается выделением избыточных фаз. Видманштетг. в 1ой стадии самоотпуска быстро теряет твердость, оставаясь изотропным. Вторая стадия самоотпуска протекает в послепсрлитном шггервале температур и сопровождается ввделишем карбидов. При этом начинает развиваться анизотропия его свойств, проявляющаяся в неоднородном изменении микротвердости. Центральные зоны пластин становятся менее, а приграничные более твердыми.

Построенная в работе термоышетичсская диаграмма распада переохлажденного аустенпта стали 20Л /Рис.1/ подтвердила, что сдвиговое превращение видмапштетта / начинаясь после выделения зерпограничного феррита, далее происходит в достаточно широком ишерволе температур и заканчивается почти одновременно с завершением перлитного превращешхя.

Окончание видманштеттова превращения характеризует завершешю 1ой

стадии его же самоотпуска, при котором избыточный углерод поглощается еще непревращенным аустешггом.

Термокинетическая диаграмма превращения видмапштетта в стали 20JL

í't 1 10 10г 10" 10*

Рис.1.

Было изучено влияние интенсивности самоотпуска Еидманштсттова феррита в 1ой стадии на его остаточную способность выделять избыточные карбиды.

Исследовшшя показали, что повышение температурного интервала у-*а превращения, достигаемое либо снижением степени переохлаждения стали, либо изменением се химического состава в направлении повышения содержания кремния и снижения содержания марганца, даже в пределах 10-15°С способствует заметному уменьшению избыточных выделений из видманштепа во второй стадии самоотпуска. Напротив, стскспие температурного интервала у—кх превращения, понижая интенсивность 1ой стадии его самоотпуска, сущестаснно увеличивает количество избыточных выделений, которые при повторных нагревах способны коагулировать, становясь доступными для наблюдения в оптическом диапазоне увеличений.

. Микрофракто графические исследовашш ударных образцов, разрешенных в литом состоянии и посЛс различных режимов термообрлботкигпокаэали, что при наличии в структуре стали видманштепова феррита низкоэнергетичсский характер разрушения объясняется присутствием в каждой ямке отрыва мелких карбидных включений. В—целом вязкий излом видманштепова феррита, характеризуемый при больших термических воздействиях увеличением размеров и глубины ямок отрыва, не сопровождается однако заметным повышением КСЧ из-за одновременного роста карбидов, являющихся очагами разрушения. Эти исследования показали, что етарешге видманигтеттова феррита не заканчивается при охлаждении отливок до комиатной температуры и продолжается при повторных нагревах. Видматигетгов феррит, имеющий после полного охлаждения отливок все еще большую, чем у полиэдрического феррита, микротвердость^ очень медленно теряет ее при среднем и высоком отпуске (Рис.2.). При этом очень характерные изменения микротвсрдостн наблюдаются и в ограниченных видманштстговыми пластинами плоских перлитных зернах. В то время как обычные полиэдрические зерна перлита и феррита при • отпуске, соответственно, теряют микротвердость и сохраняют ее неизменной, твердость перлита в плоских зернах постоянно повышается,по мере того, как окружающий их видманштетт теряет растворенный в нем углерод. И только после того., как микротвердость ищмашнтетгова феррита становится равной твердости обычного феррита,приостанавливается и рост микротвердости перлита в плоских зернах. При дальнейших нагревах перлит в этих зернах эволюционирует в ферритио-карбидную смесь с ориентированным расположешшм карбидных включений вдоль плоских границ видманштепова феррита. Коагулируя, такие карбидные скопления, благодаря своей протяжезиюсти и практически двухмерного характера расположения, превращаются в мощные концентраторы напряжений. В литой и отпущенной стали эти карбидные скопления можно наблюдать визуально при высоком (до 2000 крат) увеличении. После нормализации исчезновение реперных мест (положешш бывших границ видманштетта) делает такие карбидные скопления практически не выявляемыми, даже если они имеются в структуре стали и лимитируют ее ударную вязкость. Исследования термообработашшх сталей показало, что во всех случаях проявления отрицательной наследственности в структуре нормализованных сталей

сохраняются плоские карбидные образования^ вдоль расположения которых образуются деформационные бороздки, полностью копирующие положение уже • исчезнувших гратщ впдмзпштеттовых пластин. Стали с - высокими пластическими характеристиками, напротив, никогда не образуют подобного деформационного рельефа.

Изменение микротвердости структурных составляющих стали в процессе отпуска

•: ^ 220 Я» I ш

V)

• ! I

: §-/¿70 ! ^

50 150 250 550 450 "С 550 Тенперотуро отпуска ——

а) 1 -видмзцщтеттив феррит; 2-подпэдрпческий феррит.

/

щ л.

1 ж щ ш Шй а

50 150 ¿50 т 453 "С 550 Тенперотуро отпусиа ——

б) 3-перлит плоских зерен; 4-полиэдрический перлит. Рие.2.

• Таким образом, наследственное последействие ввдмапштеттова феррита заключается в том, что, подвергаясь старению, он выделяет в приграничтгых зонах ориентированные карбидные скопления, которые в отличие от самою видманнггстга, способны сохраняться в структуре и после нормализации, резко снижая работу разрушения стали.

В четвертой главе приведены материалы экспериментальных и производственных проверок правильности найденных закономерностей проявления отрицательной наследственности видмашптетгова феррита.

7КС

Статическая обработка большой партии производственных плавок /115/ показала, что ударная вязкость стали 20Л может адекватно описываться линейным уравнением регрессии:

KCU=7,7S - 14,48 С% + 3,64 Si% - 1,17 Мп% при коэффициенте множественной корреляции г = 0,617 Поскольку повышение кремния, равно как и снижение марганца в исследуемом интервале концентраций практически линейно повышает температурный интервал у—хх превращения, полученная регрессия свидетельствует о достаточной чувствительности состава стали к интенсивности самоогшуска видманштеттова феррита.

Другими словами,корректировка химического состава в пределах марочных значений ГОСТ 977-88, в частности, повышение содержания кремния с 0,2 до 0,5% и снижение содержания марганца с 0,9 до 0,45% должна способствовать повышению ударной вязкости стали ( именно за счет нейтрализации отрицательной наследственности.

Проведение провоцирующей термообработки, направленной в первом случае на создание условий для коагуляции карбидных выделений за счет замедленною нагрева образцов в интервале 350-600°С, а во втором случае на предотвращение коагуляции за счет ускоренного прохождения этого температурного интервала, позволило получить существенно разные значения KCU /Табл.2/.

Таким образом установление, что ускоренный нагрев литья при нормализации, предотвращая коагуляцию карбидов, обеспечивает их более полное растворение при аустснитизации, существенно нейтрализуя отрицательную наследственность видманштеттова феррита и повышая ударную

вязкость нормализованной стали ка 25-3596.

Таблица 2

Хим. состав стали п значения ударной вязкости, полученные при различных режимах нагрева

№ Содержание, % масс Ударная вязкость, а*, Дж/см2

С 51 Мп Медленный нагрев Ускоренный нагрев

1. 0,19 0,25 0,89 39 56

2. 0,23 0,28 0,69 35 54

3. 0,22 0,30 0,59 40 60

В пятой главе представлено обсуждение результатов исследований, проведенных в соответствии с применяемыми в работе методиками; проводится оценка их достоверности и теоретически обосновывается правильность получешшх закономерностей.

1. Впервые установлен механизм наследственного последействия вндманштетгова феррита, оставляющего в структуре стали после своей перекристаллизации протяженные карбидные образования, снижающие ударную вязкость.

2. Обоснована и экспериментально выявлена пересыщенность вндманштетгова феррита углеродом, величина которой может превышать исходную концентрацию углерода в стали.

3. Видманштеттов феррпт претерпевает после своего образования две стадии самоотпуска;

-первая протекает в контакте с еще непреврашенным аустеннтом и не сопровождается выделением избыточных карбндоЕ;

-вторая с момента завершения перлитного превращения ведет к выделению карбидов в приграничных зонах пластин.

4. Установление, что сталь, содержащая после нормализации недорастворенные карбиды, выделенные видманштеттом, имеет низкую ударную вязкость и в зоне деформации формирует характерный микродеформационный рельеф, копирующий контуры исчезнувшего впдмашптетга.

5. Впсрвие установлено г что в сонтагге с видмалштеттом формируются

-/в-

аномальные зерна перлита, эвтектоидиый феррит которых эшггаксиалыю зарождается на видмалштетте и, являясь ведущей фазой, вызывает кристаллографически ориентированный рост перлитных колоний. 6. Установлено, что повышение температурного интервала протекания первой стадии самоотпуска видманштеттова феррита или интервала у-*х превращения стали всего на 10°С практически вдвое снижает отрицательное последействие видманштетта в нормализованных сталях.

7. Показано, что шпспсивпый нагрев литья при нормализации предотвращает коагуляцию избыточных карбидов, обеспечивая их полное растворение в стадии аустешггазащш, напротив, малая скорость нагрева отливок вызывает коагуляцию карбидных выделений, усиливая проявление отрицательной наследственности. Быстро нагретая сталь, при прочих равных условиях, имеет большую ударную вязкость и не образует тшпгшого для видманштетта деформационного рельефа.

8. Выполненные исследования подтвердили действешюсть корректировки химического состава в направлении увеличения содержания кремния и снижения марганца, а такужс более интенсивного нагрева отлшюк в шгтервале 350-600°С при проведении нормализации для повышения ударной вязкости стали.

1.Ильинский В.А., Костылева Л.В., Карпова Е Ю. Особенности структуры и свойств литых низкоугдсроднстих сталей //Металловедение и термическая обработка металлов.-1994,-№11.-с.2-4.

2. .Ильинский В .А., Костылева Л.В., Карпова Е.Ю. Природа поннжешюй пластичности стальных отливок // Литейное производство.-1995.-№4-5 с.19.

3. Карпова Е.Ю. Морфологические и структуршлс особенности строения перлитных зерен в литых низкоуглеродистых сталях // Тез. докл. межвуз. научно - прахггач. конф.: Новые промышлагаыс техника и технелогпл . Компьютерное обеспечение и компьютерные технологии.-Волгоград. 1994. -с. 118119.

4. Карпова Е.Ю. Анализ роли структурных составляющих в разрушении стали // Тез. докл. межвуз. научпо-практач. конф.: Новые промышленные техника в технологии. Компьютерное обеспечение в компьютерные

технологаи.-Волгоград.1994.-с.119-121.

5. Карпова Е.Ю. Механизм отрицательной наследственности видманштеттова феррита в литых сталях // Тез. докл. межвуз. научно-практич. конф.: Новые промышленные техника и технологии . Компьютерное. обеспечение и компьютерные технолопти.-Воягоград.1994.-с.121-122.

6. Казак В.Ф., Карпова Е.Ю. Исследование хрупкого разрушения лигах нпзкоуглеродистых сталей // Тез. докл. межвуз. научно-практич. конф.: Современные технологии в промышленности строительстве и высшем образовании: информации, опыт, проблемы, перспективы. -Камышин,1996.-с.274-275.

7. Карпова Е.Ю, Казак В.Ф. Об отрицательной наследственности видманштеттова феррита // Тез. докл. межвуз. научно-пракгач. конф.: Современные технологии в промышленности строительстве и высшем образовании: информации, опыт, проблемы, перспективы. - Камышин, 1996.-с.284-285.

8. Ильинский В .А., Карпова Е.Ю. Особенности образования и самоотпуска видмашитетта при охлаждении // Тез. докл. IX Российской научн.-техн. конф.: Теплофизика технологических процессов. - Рыбивск,199б. С.21-22.

Личный вклад автора.

В работах 1,3,8 автором проведены исследования морфологический и структурных особенностей видманштеттова феррита и перлитных зерен, разработана методика исследования самоотпуска видмашитетга при охлаждении. В работах 2,4,5,6,7 автору принадлежит разработка методик исследования природы отрицательной наследственности вндманштепова феррита.