Термическая обработка жаропрочных сталей: Термическая обработка аустенитных жаропрочных сталей и сплавов

alexxlab | 17.05.1985 | 0 | Разное

Содержание

Нержавеющие и жаростойкие стали и сплавы, их термическая обработка


Нержавеющие и жаростойкие стали и сплавы, их термическая обработка

Категория:

Черные металлы



Нержавеющие и жаростойкие стали и сплавы, их термическая обработка

Из нее следует, что простейшие и наиболее дешевые стали, например, 2X13 легированы только хромом. Добавление кроме хрома еще и никеля, алюминия и других присадок позволяет получить более качественные, но и более дорогие хро-моникелевые стали аустенитного класса, например 1Х18Н9Т, или переходного аустенито-мартенситного класса, например Х15Н8М2Ю, с высокой коррозионной стойкостью и с повышенными механическими свойствами по сравнению с чисто аустенит-ными сталями.

Легирование хромом и другими элементами дает качественные жаростойкие сплавы и на никелевой основе, например Х20Н75Т.

Наилучшей коррозионной стойкостью обладают однородные твердые растворы. Двух-трех- или многофазные сплавы сопротивляются коррозии хуже. Так, например, наличие свободных карбидов хрома по границам зерен аустенита портит нержавеющую сталь и снижает сопротивление газовой коррозии сталей жаростойких. Сходное влияние оказывают свободные карбиды хрома и в нержавеющих сталях мартенситного класса. Выпадающие карбиды уносят с собой хром из твердого раствора, концентрация хрома в близлежащих участках падает, вследствие чего коррозионная стойкость понижается.

Для перевода карбидов хрома в твердый раствор у (аусте-нит) применяется высокотемпературная закалка, являющаяся после легирования другим важнейшим средством повышения коррозионной стойкости аустенитных и мартенситных сталей.

Введение в стали титана или ниобия повышает коррозионную стойкость, поскольку эти примеси образуют с углеродом прочные карбиды, не давая образоваться карбидам хрома. Выпадение из твердого раствора карбидов титана и ниобия не оказывает большого влияния на коррозионную стойкость, так как концентрация хрома в твердом растворе при этом не изменяется.

Легирующие примеси этой стали скомпонованы так, что мар-тенситная конечная точка лежит ниже комнатной температуры и превращение аустенита в мартенсит протекает в основном при отрицательных температурах.

Закалка этой стали с 950° на воздухе фиксирует при комнатной температуре мягкую и пластичную аустенито-мартенсито-ферритную структуру примерно с 20% феррита. Обработка холодом при —70° в течение 2 часов и последующий отпуск при 500° в течение одного часа разрушает аустенит практически полностью, превращая его в мартенсит с включениями феррита. В этом состоянии сталь имеет очень высокие механические свойства.

Нагартовка со степенью обжатия около 30% с последующей обработкой холодом при -70° в течение 2 часов также сильно упрочняет сталь, приобретающую при такой обработке структуру мартенсита с остаточным аустенитом и вытянутыми зернами феррита.

Эта сталь значительно превосходит прочие нержавеющие стали по характеристикам прочности, длительной прочности и сопротивлению ползучести.

Сплав Х2075НТ на никелевой основе обладает после термообработки структурой аустенитного типа, отличающейся высокой жаростойкостью до 1100°.

Все указанные материалы применяются для приготовления деталей и узлов летательных аппаратов и двигателей, требующих повышенной коррозионной стойкости и жаростойкости (емкости, камеры сгорания и др.) с широким использованием сварки.


Реклама:

Читать далее:
Жаропрочность и жаропрочные материалы

Статьи по теме:

Термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов

Содержание:

Термическая обработка жаропрочных никелевых сплавов

  • Термообработка жаропрочного никелевого сплава Общим принципом термообработки жаропрочных сплавов на основе никеля является специфическая последовательность работы характеристик дисперсных упрочненных материалов: гомогенизационный нагрев при одной или нескольких температурах, быстрое охлаждение

особенностью термообработки жаропрочных сплавов по сравнению с термообработкой конструкционных сталей является необходимость очень точного регулирования температуры и контроля однородности температурного поля. Детали должны быть защищены от прямого радиационного воздействия нагревателя. Эти установки также используются для использования в экранных

муфельных печах. Лучше всего использовать обработку в печах с инертной или защитной средой (аргон, гелий, азот и другие газы). Людмила Фирмаль

Поскольку скорость окисления при этих температурах пренебрежимо мала, то старение при температурах ниже 750-800 ° с осуществляется в печи из воздушной атмосферы атмосферы. После такого нагрева деталь охлаждают в этой среде до 600-700°С, а затем на воздухе. Механические свойства и твердость 4 жаропрочных сплавов сильно зависят от скорости охлаждения температуры отпуска. С подъемом- Степень легирования камерных сплавов 208-увеличение содержания титана, алюминия, вольфрама, молибдена-распад твердых растворов с образованием u-фазы значительно ускоряется.

В результате при одинаковой скорости охлаждения твердость сплава увеличивается, прочность увеличивается, но пластичность уменьшается. Для сплавов типа ХН77ТЮР и нимоник-80 достаточная пластичность листа и ленты составляет 1000 ° С. Может быть обеспечена воздушным охлаждением от температуры выше температуры сплава Рассмотрим на примере режима термической обработки некоторых промышленных сплавов. Термическая обработка сплава Хн77тюр заключается в закалке при температуре 1080±10 ° с, охлаждении на воздухе при 750-790 ° с и последующей выдержке в течение 16 часов, охлаждении на воздухе.

  • Температура плавления u ’ фазы в этом сплаве составляет около 930-950°C. Растворение карбида хрома происходит при 1150°С, но при этой температуре зерна начинают резко расти. Определенное количество нерастворенных карбидов ограничивает рост зерен, поэтому для обеспечения места зарождения карбидов при последующем старении выбирают температуру 1080 ° С. Поскольку старение происходит при температуре выше рабочей температуры 40-50 ° С, u ’ фаза выделяется полностью и достигает определенного стабильного размера.

Из-за малой объемной доли U’фазы скорость ее высвобождения низка, поэтому ее можно охлаждать от температуры закалки на воздухе. При термической обработке таких сплавов, как ХН70ММТЮ(ЭИ617)или ХН55ВМТФКЮ(ЭИ929), применяют различные режимы термической обработки: нагрев при 1200 ° С в течение 2 часов, охлаждение на воздухе до 1050 ° с, выдержка в течение 4 часов, в этих сплавах температура плавления u’фазы составляет около 1180°С. 

За счет максимального насыщения матрицы легирующими элементами усиливается эффект последующего старения. Людмила Фирмаль

При повторном нагреве до 1050°С происходит частичное разделение очень крупных частиц u’фазы и карбидов, в основном по границам зерен. Эти распределения приводят к упрочнению границы во время ползучести. Старение при низких температурах направлено на достижение наиболее полного выделения большей части u ’ фаз в объеме частиц. Задача этих меньших уфазных выделений состоит в том, чтобы обеспечить сопротивление движению другого объема сдвига- 209riala, т. е. высокая интенсивность и установившаяся скорость ползучести при низкой температуре низки.

При медленном охлаждении от второй температуры старения до комнатной температуры в высоколегированных сплавах с высокой скоростью разделения фаз может происходить дополнительное выделение определенного количества очень мелких частиц уфазы, которые усиливают матрицу. Причиной их выделения является разница в растворимости алюминия и титана при комнатной температуре и 900 ° С, поэтому он может растворяться при повторном нагреве до рабочей температуры. Однако его роль очень важна, так как в таких операциях, как остановка и запуск двигателя, эти частицы дополнительно укрепляют охлаждаемый сплав.

Смотрите также:

Учебник по материаловедению

5.7 Жаропрочные стали и сплавы

Жаропрочностью называется способность сталей и сплавов сопротивляться деформированию и разрушению при повышенных температурах в течении определенного времени . При температуре до 600С обычно применяют термин теплоустойчивость. Стали и сплавы, предназначены для работы при повышенных и высоких температурах должны обладать не только жаропрочностью, но и жаростойкостью.

Стали и сплавы, предназначены для работы при повышенных и высоких температурах, подразделяют на группы:

1) теплоустойчивые стали , работающие в нагруженном состоянии при температурах до 600С в течении длительного времени;

2) жаропрочные стали и сплавы, работающие в нагруженном состоянии при высоких температурах в течении определенного времени и обладающие при этом достаточной жаростойкостью.

В группу теплоустойчивых сталей входят углеродистые, низко- легированные и хромистые стали. Структура их зависит от степени легирования и режима термической обработки стали. После нормализации в структуре стали образуется феррит или ферритокарбидная смесь разной дисперсности( перлит, трости, бейнит).

К жаропрочным относятся стали аустенитного класса на хромо-никелевой и хромоникельмарганцевой основах с различным дополнительным легированием. Условно эти стали подразделяют на три подгруппы :

– гомогенные (однофазные) аустенитные стали, жаропрочность которых обеспечивается в основном легированностью твердого раствора;

– стали с карбидным упрочнением;

– стали с интерметаллидным упрочнением. Такое разделение сделано по преимущественному типу упрочнения.

Жаропрочные сплавы разделены по металлу основы: сплавы на основе никеля и кобальта. Эти сплавы чаще всего подразделяют и по способу производства: на деформируемые и литые.

Основные характеристики, определяющие служебные свойства теплоустойчивых и жаропрочных материалов: предел ползучести и предел длитель ной прочности.

Ползучесть– непрерывная деформация металлов под действием постоянно приложенных напряжений.

Сопротивление ползучести характеризуется пределом ползучести – напряжением, которое вызывает данную скорость ползучести или заданную суммарную деформацию ползучести за определённое время при заданной температуре. Например, = 150 МПа – означает напряжение, вызывающее в металле скорость ползучести 1× 10-3%/ч при 700С;= 150 МПа – означает суммарную деформацию ползучести 1 % за 1000 часов при 700С.

Пределом длительной прочностиназывают напряжение, которое приводит к разрушению образца при заданной температуре за определённое время, соответствующее условиям эксплуатации изделия.Предел длительной прочности

обозначается как напряжение, где индексы t и τ обозначают температуру в градусах Цельсия (С) и время испытания в часах до разрушения. Например,= 250С.

Легирование жаропрочных сталей и сплавов

Состав жаропрочных сталей и сплавов должен обеспечить высокое сопротивление ползучести и газовой коррозии в течение заданного срока службы. При выборе основы для создания жаропрочных сплавов в первую очередь учитывают величину сил межатомной связи. Чем больше силы межатомной связи у металла, тем большей жаропрочностью должны обладать сплавы на его основе. В качестве основы служат Fe, Ni, Co, имеющие высокие температуры плавления и другие характеристики сил межатомной связи.

Существующие жаропрочные стали и сплавы представляют собой многокомпонентные твёрдые растворы на основе Fe, Ni, или Co, которые упрочняются дисперсными выделениями избыточных фаз – карбидов, карбонитридов, боридов, интерметаллидов.

Рассмотрим принципы легирования жаропрочных сталей и сплавов. При ползучести деформация осуществляется как сдвиговым путём, т. е. перемещением дислокаций, так и диффузионным путём в основном, перемещением вакансий. Чем выше рабочая температура. тем сильнее проявляется второй механизм, контролируемый диффузией вакансий к границам зёрен и образованием и ростом пор на границах. При рабочей температуре выше 600 С этот механизм играет основную роль. Поэтому, чтобы повысить характеристики жаропрочности, нужно уменьшить концентрацию и подвижность вакансий. Диффузионная подвижность вакансий определяется энергией межатомного взаимодействия: чем она выше, тем в меньшей степени идут диффузионные процессы. Легирующие элементы, упрочняющие твёрдый раствор, повышающие силы связи в решётке, затрудняют диффузионные перемещения, уменьшают концентрацию и подвижность вакансий и тем самым повышают жаропрочность. Таким образом, надо ориентироваться на металлы и твёрдые растворы этих металлов, обладающих высокой энергией межатомного взаимодействия. Такие металлы, какCr,Mo,W,Nb,Taнаиболее сильно упрочняют твёрдый раствор, поэтому жаропрочные материалы легируют этими элементами.

Аустенитные стали с ГЦК решёткой имеют значительно большую жаропрочность, чем стали с ОЦК решёткой. Это связано с тем, что ГЦК решётка более плотно упакована, поэтому коэффициент самодиффузии в γ-Fe на два порядка меньше, чем в α-Fe.

Проведенные испытания показали, что сопротивление ползучести при 850 С аустенитных сплавов значительно выше, чем ферритных, причём аустенитные сплавы даже при 850С более жаропрочны, чем ферритные при 650С. Максимальной жаропрочностью должны обладать γ – твёрдые растворы, имеющие предельную легированность. Переход к двухфазным α + γ – структурам приводи к резкому снижению жаропрочности.

Чем выше температура рекристаллизации, тем выше жаропрочность, а температура рекристаллизации зависит от температуры плавления, поэтому нужно легировать элементами с высокой температурой плавления (Mo,W,Nb,Ta).

Одним из главнейших факторов жаропрочности сталей и сплавов является образование упрочняющих фаз. Для повышения жаропрочности нужно легировать элементами, которые создают очень устойчивые к коагуляции и растворению упрочняющие фазы. Чем выше устойчивость этих фаз, тем до более высокой температуры сохраняется их упрочняющее действие. При температуре 600-700 С такими фазами являются карбиды сильных карбидообразующих элементов (V,Nb,Ti). При более высоких рабочих температурах это интерметаллиды и прежде всего геометрически плотноупакованные γ– фазы типа Ni3Al,Ni3(Al,Ti,Nb), а также фазы ЛавесаFe2Mo,Fe2W,Co2Ti,;- фазы типаNi3Al,- фазы типаFe7(Mo,W)6. Введение в сталь сильных карбидообразующих элементов (V,Nb,Ti) связывает практически весь углерод и азот в дисперсные, устойчивые к коагуляции карбиды, которые упрочняют твёрдый раствор, и вместе с тем это позволяет молибдену и вольфраму оставаться в твёрдом растворе, значительно упрочняя его и повышая температуру рекристаллизации.

При температуре более 600 С деформация при ползучести происходит путём межзёренного скольжения, при этом зерна перемещаются друг относительно друга вдоль общих границ в узкой приграничной области. Для повышения жаропрочности требуется упрочнение границ.

Легкоплавкие примеси (Pb,Cd,Bi,Siи др.), обладающие очень малой растворимостью в жаропрочных сплавах, оказывают резко отрицательное влияние на их жаропрочность, даже при небольшом содержании этих элементов. Эти примеси концентрируются по границам зерен, образуют легкоплавкие соединения или эвтектики и способствуют межзёренному разрушению при ползучести. Введение в сплавы малых количеств щелочноземельных (Mg,Ca,Ba) и редкоземельных элементов (La,Ce), а также циркония и бора оказывает положительное влияние на их жаропрочность по следующим основным причинам: эти элементы очень незначительно растворяются в сплавах (поэтому их вводят в очень малых количествах – тысячные и сотые доли атомных процентов) и концентрируются в приграничных объёмах, замедляя приграничную диффузию; они имеют большое химическое сродство к кислороду, сере, азоту, водороду и образуют тугоплавкие оксиды и сульфиды. Эти элементы способны образовывать тугоплавкие химические соединения с примесями легкоплавких цветных металлов и частично нейтрализовать их отрицательное влияние.

В порядке уменьшения эффективности влияния на жаропрочность никелевых сплавов эти добавки можно расположить следующим образом: D,La,Ce,Ba. Содержание добавки свыше оптимального уменьшает не только жаропрочность, но и технологическую пластичность сплавов.

Чем крупнее зерна, тем меньше протяженность межзёренных границ и слабее межзеренное скольжение и диффузионный перенос вакансий вдоль границ. Поэтому при рабочих температурах выше 600 С требуется создание в материалах крупнозернистой структуры.

Таким образом, состав и обработка жаропрочных сплавов должны обеспечить высокий уровень сил межатомной связи; тонкую субмикроскопическую неоднородность строения сплавов; условия для выделения оптимального количества упрочняющих фаз в наиболее эффективных для упрочнения форме и состоянии; препятствия для развития межзеренной деформации и диффузии, особенно при высокотемпературной ползучести; стабильность структуры сплавов в течение заданного срока эксплуатации; нейтрализацию вредных примесей и посредством создания тугоплавких соединений и рафинирования сплавов.

Теплостойкие стали

К теплостойким (теплоустойчивым) сталям относятся стали. используемые в энергетическом машиностроении для изготовления котлов, паронагревателей, паропроводов, лопаток турбин, роторов, дисков, крепёжных деталей и др. Эти же стали применяют в химическом и нефтяном машиностроении для работы при повышенных температурах. Рабочие температуры теплостойких сталей достигают 600-650 С, а давление газовых или жидких сред 2030 Мпа. Так, рабочие температуры в паросиловых установках составляют 585С при давлении 25,5 Мпа, а в наиболее мощных установках достигают 650С при 31,5 Мпа. Детали таких установок должны работать длительное время без замены (100000200000 ч), поэтому заданное значение длительной прочности и сопротивление ползучести за весь ресурс эксплуатации.

Теплостойкие стали разделяют на низколегированные и среднелегированные перлитного и мартенситного класса, на которые распространяется ГОСТ 20072 74, и высоколегированные хромистые стали, состав которых регламентируется ГОСТ 5632 – 72.

Перлитные сталипредназначены для длительной эксплуатации при температурах до 600С и применяются, в основном, в котлостроении.

Необходимая теплостойкость перлитных сталей достигается комплексным легированием карбидообразующими элементами (Cr,Mo,V,Nb). Содержание каждого из этих элементов не превышает 1 %, за исключением хрома, содержание которого для повышения жаропрочности доводят до 2,53,0 %. Это низкоуглеродистые стали с содержанием углерода 0,080,2 % (иногда до 0,250,3 %). Низкое содержание углерода обеспечивает хорошую свариваемость, и образование карбидов типа МеС, а не Ме23С6иМе2С, выделение которых обеднило бы твёрдый раствор хромом и молибденом.

К сталям перлитного класса относятся 12ХМ, 12Х1МФ, 25Х2МФ, 12Х2МФСР и др.

Наиболее широкое применение при температурах 550-600 С нашла сталь 12Х1МФ, которая применяется на всех мощных электростанциях для изготовления пароперегревателей, коллекторов, паропроводов и т.п. Наиболее часто для этих сталей окончательной термической обработкой является нормализация и последующий высокий отпуск. Так, для стали 12ХМ – нормализация (910-930С) и высокий отпуск (670-690С) с охлаждением на воздухе; для стали 12Х1МФ – нормализация (960-980С) и высокий отпуск (700-750С) с охлаждением на воздухе; для стали 25Х2МФ – нормализация (1030-1050С) и высокий отпуск (650 -720С).

Хромистые стали мартенситного и мартенситно-ферритного классаприменяются для различных деталей энергетического машиностроения, работающих при температурах 450-600С и отличающихся от перлитных сталей повышенной жаростойкостью в атмосфере пара или топочных газов. Хром, который повышает жаропрочность и жаростойкость, присутствует во всех сталях в количестве 513 %.

Различают две группы мартенситных сталей: с содержанием 1012 %Cr, добавкамиMo,V,W,Nbи низким, в пределах 0,10015 %, содержанием углерода и сильхромы с содержанием 510 %Cr, добавками кремния в количестве до 2,03,0 % и повышенным содержанием углерода, до 0,4 %.

К первой группе относятся стали типа 45Х11МФБ, 18Х11МФБ, 13Х11Н2В2МФ, 13Х14Н3В2ФР и др. Оптимальный режим термической обработки сталей этой группы заключается в закалке или нормализации от 980-1100 С (для растворения карбидов) с дальнейшим высоким отпуском при 600-740С. Структура термически обработанных сталей – смесь легированного феррита и мелких карбидов обеспечивает необходимую жаропрочность и сопротивление коррозии. Благодаря высокому содержанию легирующих элементов, стали глубоко прокаливаются даже при нормализации (до 120200 мм). При длительной работе они надёжно работают до 600С. Из них изготавливают диски, лопатки, бандажи, роторы паровых турбин, а также трубы пароперегревателей и детали крепления.

При высоком содержании хрома (1012 %) и других ферритообразующих элементов и низком содержании углерода стали становятсяферрито-мартенситными (15Х12ВНМФ, 18Х12ВМБФР и др.). Количество феррита в этих сталях невелико (не более 1015 %- феррита), поэтому по характеристикам жаропрочности они близки к мартенситным. Упрочнение этих сталей обеспечивается созданием мартенсито-ферритной основы и выделением различных карбидов (типа Ме23С6и МеС) и фаз ЛавесаFe2(W,Mo). Используется в термически упрочненном состоянии после закалки (нормализации) и старения (высокого отпуска).

Сильхромы(40Х9СА, 40Х10С2М и др.) повышенной жаростойкостью в среде горячих выхлопных газов и используются для изготовления клапанов двигателей внутреннего сгорания. Оптимальные свойства сильхромы имеют после закалки с 1030-1050С и дальнейшего отпуска при 720-780С на структуру сорбит. В сталях без молибдена охлаждение после отпуска быстрое во избежание отпускной хрупкости. Чем больше содержание хрома и кремния, тем выше рабочая температура. При длительной эксплуатации сильхромы могут применяться до 600-650С.

Жаропрочные стали аустенитного класса

Эти стали по жаропрочности превосходят перлитные и мартенситные стали и используются при температурах выше 600С. В интервале температур от 600 до 750С используют аустенитные стали трех групп:

  1. гомогенные стали;

  2. стали с карбидным или карбонитридным упрочнением;

  3. стали с интерметаллидным упрочнением.

Гомогенные стали

К этой группе относятся главным образом низкоуглеродистые хромоникелевые стали, дополнительно легированные элементами, упрочняющими γ – твердый раствор (10Х18Н12Т, 08Х15Н24В4ТР, 10Х14Н16МВБ, 10Х14Н18В2БРЧ). Их жаропрочность обеспечивается в основном растворенными в твердом растворе легирующими элементами. Термин « гомогенные стали» следует понимать условно, так как в структуре этих сталей обычно присутствует количество карбидов и карбонитридов титана или ниобия. Гомогенные аустенитные стали используются преимущественно в энергомашиностроении для изготовления труб паронагревателей и паропроводов, арматуры установок сверхвысоких параметров и рассчитаны на длительную службу при 650-700С. При легировании этих сталей стремятся получить максимально стабильную аустенитную структуру, избежать или замедлить выделение вторых фаз( карбиды, карбонитриды, фаз Лавеса), что позволяет иметь необходимый уровень длительной прочности и пластичности в течение всего ресурса эксплуатации. Важно для этих сталей обеспечить также высокое технологические свойства, такие как способность к горячей пластической деформации, прошиваемость при изготовлении цельнотянутых труб, свариваемость и др. Эти цели достигаются легированием стали содержат 13-15 %Cr, обеспечивающего жаропрочность и жаростойкость . Чтобы получить стабильную аустенитную структуру добавляют аустенито-образующие элементыNi,Mn, иногдаN.

В основе сталей лежат композиции Cr-Ni, Cr-Mn, Cr-Ni-Mn. В Cr-Ni композициях для получения стабильной аустенитной структуры отношение Ni/Cr должно быть больше 1. Углерода мало (0,060,12 %). чтобы не образовывались карбидные фазы типа Ме23С6, которые выводят Cr из твёрдого раствора, что снижает жаропрочность и жаростойкость, а также, чтобы обеспечить хорошую свариваемость и пластичность. в состав сталей вводят сильные карбидообразующие элементы Ti, Nb, V, образующие карбиды МеС и карбонитриды Me(C,N), которые препятствуют образованию карбидных фаз типа Ме23С6и обеднению хромом твёрдого раствора. Это обеспечивается соотношением Ti, Nb/С10. Повышенная жаропрочность таких сталей объясняется высокой легированностью твёрдого раствора такими элементами, какW(25 %) и Мо (до 2,5 %). Наличие стабильных карбонитридных фаз и высоколегированного аустенита обуславливает высокие температуры рекристаллизации сталей этого типа.

Многими исследователями также отмечается положительное влияние бора и редкоземельных металлов на жаропрочность сталей этого типа. Бор, церий и другие редкоземельные элементы являются сильными раскислителями, поэтому в их присутствии уменьшается содержание газов и неметаллических включений в сталях, что повышает их качество. Влияние малых добавок РЗМ и бора на сопротивление ползучести также связывают с их горофильностью, т.е. способностью адсорбироваться по границам зерен, что затрудняет зернограничную диффузию и упрочняет границы. Кроме того, бор образует в сталях сложные бориды типа Ме23В2и Ме2В, которые обладают высокими температурами плавления. Зависимость длительной прочности от содержания бора имеет экстремальный характер. Это связано с тем, что при высоком содержании бора (0,3 %) в большом количестве образуются крупные бориды, которые обедняют твердый раствор ниобием, вольфрамом, хромом и другими элементами. Кроме того, бор обладает увеличенной склонностью к ликвации и образованию строчечной структуры, а что отрицательно сказывается на их пластических и жаропрочных свойствах.

Таким образом, микролегирование аустенитных сталей бором и РЗМ оказывает положительное влияние на жаропрочность и пластичность как вследствие рафинирующего действия при выплавке, так и упрочнения границ зерен благодаря их горофильности.

Термическая обработка аустенитных гомогенных сталейсостоит из закалки (аустенизации) от высоких температур (10501200С) или аустенизации и стабилизирующего отпуска (700750С) и преследует цель получить более однородный γ – твёрдый раствор, заданную величину зерна (балл 36) и стабильную структуру, а также напряжения, которые могут возникнут в процессе изготовления деталей. Следует отметить, что улучшение служебных характеристик и удешевление сталей этого типа обычно связывают со следующими направлениями исследований: оптимизация состава сталей, в частности, частичная замена никеля марганцем и азотом, использование сталей в наклёпанном состоянии (холодная деформация или термомеханическая обработка),особенно при рабочих температурах более низких, чем температура рекристаллизации; более широкое использование легирования сталей бором, р.з.м.; усовершенствование технологии выплавки, обработки давлением и режима термической обработки.

Применяютсяаустенитные гомогенные сталив энергомашиностроении дл изготовления труб паронагревателей и паропроводов, длительное время работающих при 600700С, а также крепёжных деталей.

Стали с карбидным и карбонитридным упрочнением

Стали с карбидным упрочнением предназначены для работы при температурах 650750С и, довольно, высоких уровнях напряжений (37Х12Н8Г8, 37Х12Н8Г8МФБ). Их используют для изготовления деталей энергомашиностроения (диски и лопатки турбин, крепёжные детали и др.).

Основу сталей с карбидным упрочнением составляют Cr-Ni, Cr-Ni-Mn – аустенит, содержащий 0,250,5 % углерода.

Никель частично может быть заменен менее дефицитным марганцем.

Карбидообразующие элементы Nb, V, W, Мо связывают часть углерода в специальные карбиды, а также упрочняют матрицу.

Упрочняющими карбидными фазами в аустенитных сталях в основном являются карбиды ванадия и ниобия (VC,NbC), а также карбиды хрома. Последние обычнорастворяют в себе другие элементы, поэтому состав этих карбидов изменяется в зависимости от легирования стали и режима термической обработки.

Карбиды ванадия выделяются при старении в высокодисперсном состоянии и обеспечивают значительную долю упрочнения этих сталей.

Специальные карбиды типа МеС в процессах старения практически не участвуют, так как имеют высокие температуры растворения при аустенитизации, карбиды и карбонитриды ниобия начинают растворяться только после нагрева выше 1250 °С, а в основном при­сутствуют в сталях в виде первичных выделений. Положительная роль этих фаз заключается в том, что они препятствуют росту аустенитного зерна при нагреве, и, в частности, образованию разнозернистости.

Термическая обработкавключает закалку с температур 11501200 °С и старение при температурах 7801200 °С.

Стали с интерметаллидным упрочнением

Жаропрочные хромоникелевые стали с интерметаллидным упрочнением, а также сплавы на хромоникелевой основе с высоким содержанием никеля (до 38 %) нашли применение при изготовлении компрессоров. турбин , дисков, сварных изделий, шпилек, болтов и других деталей, работающих при температурах до 750850 °С. Легирование сталей этого типа преследует цель создания высоколегированного железоникелевого аустенита, обладающего склонностью к распаду при старении, и образования фаз-упрочнителей – интерметаллидных фаз типа γ(Fe,Ni)3(Al,Ti,Nb) и фаз Лавеса Fe2Mo,Fe2W,Fe2(Mo,W)/

Стали с интерметаллидным упрочнением содержат 1215 %Cr, менее 0,1 %С, до 3,5 % Мо иW, повышенное количествоAl, Ti,Nbдля образования интерметаллидных фаз. Примерами таких сталей могут быть Х14Н35ВТЮ, 08Х14Н35ВТЮРЧ и др.

Эти стали подвергают закалке с высоких температур (11001180 °С) и старению при 750800 °С в течение 1525 ч с охлаждением на воздухе.

Жаропрочные сплавы на основе никеля , кобальта,

тугоплавких металлов

Сплавы на никелевой основе применяют в каче­стве жаропрочных материалов, предназначенных для работы при температурах от 700 до 1100 °С. Их используют в газовых турбинах двигателей самолетов, кораблей, энергетических установок, при из­готовлении деталей ракетно-космической техники, в нефтехимиче­ском оборудовании. Так,, в авиационном газотурбинном двигателе более 70 % массы составляют жаропрочные сплавы на никелевой и железоникелевой основах – это диски, сопловые и рабочие лопатки турбин, камеры сгорания и т.п. Резко возросло применение этих сплавов и при изготовлении стационарных газовых турбин, так как повышение рабочих температур позволяет значительно улучшить их технико-экономические показатели.

Несмотря на сложность составов, можно сформулировать следующие основные принципы жаропрочных никелевых сплавов:

1. Жаропрочные сплавы представляют собой γ – твёрдый раствор на хромо-никелевой основе, легированный кобальтом и тугоплавкими элементами-упрочнителями (Nb, W, Мо ).

  1. В сплавах обязательно присутствуют титан, ниобий и алюми­ний (суммарно до 810 %), которые в основном обеспечивают обра­зование главной упрочняющей фазы этих сплавов γ’ – фазы.

  2. Присутствующие в сплавах хром и алюминий обеспечивают сопротивление окислению и газовой коррозии вследствие образова­ния защитных пленок, богатых оксидами Сr2О3 и А12Оз.

  1. Углерод содержится в сплавах в небольших количествах (обычно 0,080,12 %), образуя карбиды и карбонитриды.. Сущест­венное влияние оказывает также бор, который вводится в сплавы в количествах 0,0050,015 % и образует бориды типа МеВ2. Кине­тика выделения и морфология карбидных и боридных фаз при кристаллизации, термообработке и в процессе эксплуатации также в значительной степени определяет жаропрочность сплавов на ни­келевой основе.

  2. Важное значение имеют в никелевых сплавах легкоплавкие примеси (Pb, Cd, Ag, Sb, S), содержание которых следует ограничи­вать, так как они снижают их жаропрочные и технологические свой­ства. Уменьшение количества примесей возможно благодаря приме­нению чистых шихтовых материалов, введению р.з.м. и обработке расплавов специальными шлаками, применением различных методов специальной металлургии (ЭШП, ЭЛЛ, ВДУ и др.).

Таким образом, жаропрочность, жаростойкость и другие харак­теристики сплавов на никелевой основе связаны с оптимизацией их состава по соотношению легирующих элементов, входящих в мат­ричный γ – твердый раствор и упрочняющие интерметаллидные, кар­бидные и боридные фазы, а также с уровнем содержания вредных легкоплавких примесей.

Выбор состава сплава следует проводить с учетом его рабочей температуры, напряжений, агрессивности среды, ресурса и режима работы.

В сплавы, предназначенные для работы при сравнительно не­высоких температурах (750850 °С) длительное время, вводят по­вышенное количество хрома (до 1618 %), молибдена и вольфра­ма (до 1012 % суммарно), титана, ниобия и алюминия (810 % суммарно). Это дает возможность получить большое количество упрочняющей γ’- фазы, высокую легированность и жаропрочность матрицы.

Для высокотемпературной (9751050 °С) работы важно положе­ние температуры солидуса сплава. Поэтому в сплавах ограничиваютсодержание хрома (610 %), молибдена (34 %) и титана. Введение дополнительно кобальта и вольфрама несколько повышает темпера­туру солидуса, что полезно.

Применяемые никелевые сплавы подразделяют на деформируемые и литейные.

Термическая обработка Сплавов на никелевой основе заключа­ется в закалке (иногда двойной закалке от разных температур) и старении, которые проводят в одну или две стадии: низко- и высо­котемпературные.

Цель такой сложной термической обработки – обеспечить наи­более оптимальное сочетание количества и морфологии упрочняю­щих фаз в сплавах и, следовательно, благоприятное сочетание ха­рактеристик жаропрочности и пластичности.

Для деформируемых сплавов первую закалку проводят с целью гомогенизации структуры, растворения γ ‘- фазы и карбидных фаз. Чем легированнее сплав, чем больше в сплаве упрочняющей γ ‘-фазы, тем выше температура закалки. Так, сплавы ХН77ТЮР (ЭИ437Б), нимоник 80 (в которых содержится около 10 % γ ‘ – фазы) закаливают от 1080 °С, а сплавы ХН55ВМТКЮ (ЭИ929), нимоник 110, 115 (3545% γ ‘ – фазы) – от 1200 °С. После такой обработки сплав состоит в основ­ном из γ – матрицы, первичных карбидов МеС и в сложнолегированных сплавах небольшого количества γ ‘ – фазы, которая образуется в про­цессе охлаждения на воздухе.

Вторую закалку проводят от 10401100 °С. В результате про­исходит повторное растворение γ ‘ – фазы и ее выделение при охлаждении в более дисперсном виде, но главная цель этой обработки  образование выделений карбидных фаз благоприятных типов и мор­фологии, в частности стремление избежать образования сплошной пленки карбидов типа Ме23С6 по границам зерен и добиться образо­вания зернистых карбидов типа МеС и Ме7Сз.

Старение при повышенных температурах (обычно выше рабо­чих температур) проводят для выделения γ ‘ – фазы и стабилизации структуры сплава, а окончательное низкотемпературное старение для дополнительного выделения γ ‘ – фазы в мелкодисперсном виде.

Литейные сплавы также можно подвергать высокотемпературной закалке, которая гомогенизирует их структуру и способствует более равномерному выделению упрочняющих фаз. Старение этих сплавов чаще проводят в одну высокотемпературную стадию, так как литейные сплавы обычно работают при более высоких темпера­турах. Иногда эти сплавы используют непосредственно в литом со­стоянии, причем старение происходит в процессе эксплуатации.

Жаропрочные сплавы на основе кобальта имеют более низкие характеристики жаропрочности по сравнению со сплавами на основе никеля, но имеют более высокую жаростойкость – сопротивление газовой коррозии , особенно в продуктах сгорания топлива, содержащего серу. Поэтому из них изготовляют сопловые и рабочие лопатки мощных газовых турбин.

Структура сплавов: аустенитная γ ‘ – матрица с г.ц.к. структурой, упрочняющие фазы – карбиды, карбонитриды, бориды., фазы Лавеса. Содержание никеля в кобальтовых сплавах 1030 %. Он стабилизирует аустенитную структуру. Хром обеспечивает высокую жаропрочность и жаростойкость; его содержание, обычно, 1820 %. Кроме того. в сплавы вводят до 10 %Wили Мо иW(суммарно), а такжеNb,Ti,V. Молибден и вольфрам являются одновременно упрочнителями твёрдого раствора и частично входят в карбидные фазы, аNb,Ti,V, в основном, присутствуют в карбидах. В кобальтовых сплавах, обычно, образуются карбиды МеС, Ме6С, Ме7С3, Ме23С6, Для образования карбидов в этих сплавах содержание углерода повышено и составляет 0,251,0 %.

Сплавы на основе тугоплавких металлов (Ni,Mo,Cr,Ta,W,Re) применяются при рабочих температурах до 2200°С. Так, сплавы на основе молибдена работоспособны до 13001400 °С; на основе тантала – до 2000 °С, а на основе вольфрама – до 20002200 °С.

109

Оптимальный режим – термическая обработка

Оптимальный режим – термическая обработка

Cтраница 4

Жаропрочные стали, применяемые в основном в котло – и турбостроении, свариваются обычно ручной электродуговой сваркой. Для каждой марки жаропрочной стали разработаны соответствующие марки электродов и оптимальные режимы термической обработки.  [46]

Следовательно, промежуточный отжиг залечивает обратимые усталостные повреждения, причем степень залечивания определяется, по-видимому, условиями службы изделий и режимом термической обработки. Для каждого материала, типа деталей и условий эксплуатации существует, очевидно, свой оптимальный режим термической обработки. Это позволяет рекомендовать промежуточную термическую обработку для повышения долговечности изделий в тех случаях, когда это представляется рациональным, исходя из условий службы.  [48]

В настоящее время не установлены единые нормы допустимых значений длительной пластичности для котельных сталей. Но при оценке служебных свойств новых марок жаропрочных сталей для котлов и паропроводов и в особенности при выборе оптимальных режимов термической обработки характеристикам длительной пластичности стали должно уделяться первоочередное внимание. В ряде случаев решение, обеспечивающее получение повышенной пластичности за счет некоторого снижения длительной прочности, является более выгодным для обеспечения надежности.  [50]

Это, конечно, только примерные цифры, в каждом отдельном случае необходимо специальное исследование, результатом которого должно быть определение оптимального режима термической обработки данной марки стали.  [51]

Перспективным является также использование эко-номнолегированных нержавеющих сталей. Исследования влияния хрома на коррозионную стойкость сталей к уг-лекислотной коррозии в условиях газоконденсатных месторождений Краснодарского края [28] показали, что стали с содержанием хрома 8 % после оптимального режима термической обработки могут быть отнесены к группе стойких, а стали с 13 % хрома – к группе совершенно стойких.  [52]

Проведено исследование стали 20Х2НАч ( 24Х2НАч) промышвн-ных плавок. Определены технологические свойства данной стели при изготовлении приводных цепей буровых установок, а также эксплуатационные свойства самих пластин. Определены оптимальные режимы термической обработки стали.  [53]

В статье приводятся результаты исследования структуры стали I4Xh4MA после закалки в жидком азоте. Прослеживается влияние ПАВ на переход аусте. Показано, что оптимальным режимом термической обработки стали I4Xh4MA, применяемой в конструкции шарошечного долота, является сочетание станг дартной термической обработки с закалкой в жидком азоте. При обсуждении результатов используются данные, полученные при измерении твердости, рентгеноструктурном и металлографическом анализе.  [54]

Показаны особенности термической обработки крупногабаритных изделий на металлургических предприятиях. Рассмотрены тем – Пературные поля и поле напряжений крупногабаритных изделий в процессе термической обработки, аналитические и экспериментальны способы их определения, вопросы влияния водорода на свойства стали. Описаны физические исследования, необходимые для обоснованного назначения оптимальных режимов термической обработки. Дан анализ режимов предварительной и окончательной термической обработки крупногабаритных изделий.  [55]

Для испытания нержавеющих сталей мартенситного класса на склонность к коррозии под напряжением рекомендуется раствор 1: 1 НС1 ( уд. Испытания проводятся при комнатной температуре, общая продолжительность испытаний до 50 час. Испытания позволяют выбрать стойкие к коррозионному растрескиванию материалы и оптимальные режимы термической обработки.  [56]

Фазовые превращения, происходящие в сплавах, можно наглядно представить с помощью диаграмм состояния. Диаграммы состояния позволяют определить фазовые и структурные превращения сплавов при медленном нагреве или медленном охлаждении. Они дают возможность предвидеть изменение свойств сплавов и назначать оптимальные режимы термической обработки.  [58]

Страницы:      1    2    3    4

Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса

Изобретение относится к области металлургии, а именно к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, применяемых для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C. Способ включает выдержку в аустенитной области при температуре 1060°C в течение 30-40 минут с последующим охлаждением на воздухе и двухступенчатый отпуск. На первой ступени проводят низкотемпературный отпуск в интервале температур 200-350°C, а на второй ступени – отпуск при температуре 760°C. Продолжительность каждого отпуска составляет 3 часа. Способ позволяет повысить предел длительной прочности и предел ползучести жаропрочных сталей мартенситного класса за счет выделения дисперсных карбонитридов Nb(C,N) на первой ступени отпуска. 4 табл., 1 пр.

 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса. Способ может быть использован для получения сталей с повышенными характеристиками жаропрочности, предназначенных для изготовления элементов тепловых энергетических установок с рабочей температурой пара до 650°C.

В настоящее время термическая обработка жаропрочных сталей мартенситного класса обычно представляет собой выдержку в аустенитной области при 1040-1100°C с последующим охлаждением на воздухе и отпуском при температурах 750-780°C. Различные способы термической обработки жаропрочных сталей, к которым относят стали мартенситного класса с химическим составом (мас.%): углерод 0,01-0,2, кремний не более 0,2, марганец 0,01-0,6, хром 9,0-13,0, никель не более 0,2, вольфрам 0,5-2, молибден 0,5-1,0, кобальт 0,1-5,0, ванадий 0,18-0,25, ниобий 0,05-0,1, азот 0,04-0,1, бор 0,0005-0,005, сера не более 0,01, фосфор не более 0,01, алюминий не более 0,02, медь не более 0,05, железо – остальное, приведены в табл.1.

Таблица 1
ПатентРежим термической обработкиТемпература эксплуатации стали, °C
RU 2237102Выдержка при 1050°C+отпуск при 550-570°C≤500
US 20080241583Выдержка при 1060°C с последующим охлаждением на воздухе+отпуск при 760°C≤620
US 4762577Выдержка при 1038-1093°C с последующим охлаждением на воздухе+отпуск при 690-704°C≤590
US 4857120Выдержка при 1050-1150°C с последующим охлаждением в воде+отпуск при 500-600°C+отпуск при 600-700°C600-650
US 5560788Выдержка при 1050°C с последующим охлаждением в масле+отпуск при 570°C+отпуск при 700°C600-650

В процессе выдержки при температурах 1040 – 1150°С происходит практически полное растворение карбидов и карбонитридов присутствовавших в сталях, а при дальнейшем охлаждении на воздухе или в воде в сталях формируется структура пакетного мартенсита. Последующий отпуск при температурах 650 -780°С приводит к выделению карбидов и карбонитридов типа М2зСб (размером 50 – 170 нм) и MX (размером 14 – 30 нм) [Машуата К. Strengthening mechanisms of creep resistant tempered martensitic steel / K. Maruyama, K. Sawada, J. Koike // ISIJ Int. – 2001. – Vol.41. – P. 641-653; Ennis, P. J. Recent advances in creep resistant steels for power plant applications / P. J. Ennis, A. Czyrska-Filemonowicz // Operat. Maint. Mater. – 2002. – Vol.1. – P. 1-28]. Стабильность сформировавшейся после отпуска структуры при ползучести определяется удельным объемом, распределением и размером карбонитридов и карбидов. Дисперсные частицы сдерживают движение дислокаций. В результате, границы реек троостомартенсита сохраняют свою структуру в процессе ползучести при повышенных температурах. Именно сочетание дислокационной структуры троостомартенсита с наночастицами вторичных фаз обеспечивает уникальные жаропрочные характеристики сталей мартенситного класса.

Наиболее близким к заявляемому является способ термической обработки жаропрочной стали мартенситного класса Е911, который был выбран в качестве прототипа, описанный в научной статье [Qin, G. ТЕМ studies of microstructural evolution in creep exposed E911 / G. Qin, S.V.Hainsworth, A. Strang, P.F.Morris, P.D.Clarke, A.P.Backhouse // Creep & fracture in high temperature components. – DEStech Publications, 2009. – P.889-899]. Способ термической обработки включает:

– выдержку в аустенитной области при температуре 1100°C в течение 1 часа с последующим охлаждением на воздухе;

– отпуск при температуре 760°C в течение 2 часов для выделения карбидов и карбонитридов.

Недостатком описанного способа является выделение относительно крупных карбонитридов, что приводит к пониженным характеристикам жаропрочности.

Задачей изобретения является разработка способа термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса для повышения их жаропрочности.

Технический результат заключается в выделении дисперсных карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм за счет введения дополнительного низкотемпературного отпуска в интервале температур 200-350°C продолжительностью 3 часа.

Поставленная задача решается предложенным способом термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, который включает выдержку стали в аустенитной области с последующим охлаждением на воздухе, отпуск при температуре 760°C, в который внесены следующие новые признаки: выдержку в аустенитной области осуществляют при температуре 1060°C в течение 30-40 минут, перед отпуском при температуре 760°C дополнительно проводят низкотемпературный отпуск в интервале температур 200-350°C, при этом продолжительность каждого отпуска составляет 3 часа.

Новизна подтверждается тем, что в уровне техники не обнаружены технические решения с предложенной совокупностью признаков.

Изобретательский уровень подтверждается тем, что впервые обнаружено выделение карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм при низких температурах отпуска 200-350°C. Наличие карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм способствует повышению жаропрочных характеристик сталей.

Пример осуществления.

Была отлита сталь химического состава, аналогичного по составу стали Е911, описанной в прототипе (табл.2).

Таблица 2
Химический состав (мас.%) стали
FeCSiMnPSCuNiCr
осн.0,120,060,360,0100,0080,020,29,8
СоМоWVNbNВА1
0,11,010,930,20,050,050,0030,015

Сталь была термически обработана двумя различными способами: первый – традиционный, второй – согласно предполагаемому изобретению.

1) Выдержка при 1060°C в течение 30-40 минут с последующим охлаждением на воздухе и отпуск при температуре 760°C в течение 3-х часов.

2) Выдержка при 1060°C в течение 30-40 минут с последующим охлаждением на воздухе и двухступенчатый отпуск: 1-я ступень при температуре 300°C в течение 3-х часов и 2-я ступень при температуре 760°C в течение 3-х часов.

Результаты испытаний на длительную прочность и ползучесть при температуре 650°C и напряжении 100 МПа, которые проводились по ASTM Е139-06 и ГОСТ 10145-81, соответственно, приведены в табл.3.

Таблица 3
Способ термической обработкиВремя до разрушения, чВремя до достижения деформации равной 1%, ч
Традиционный1820224
Согласно предполагаемому изобретению4983463

Из таблицы 3 видно, что жаропрочные характеристики стали, обработанной по предлагаемому способу, значительно превосходят соответствующие характеристики стали, обработанной традиционным способом.

Результаты испытаний прототипа на длительную прочность при температуре 650°C и различных напряжениях приведены в табл.4.

Таблица 4
Время до разрушения, чНапряжение, МПа
849124
2232108
3454*100
453093
1431977
*расчетное значение

Как видно из таблицы 4, время до разрушения при температуре испытания 650°C и напряжении 100 МПа почти в 1,5 раза дольше у образца термически обработанного по предложенному способу, чем у прототипа.

Таким образом, приведенные примеры подтверждают, что поставленная задача по разработке способа термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса с повышенными характеристиками жаропрочности, такими как предел длительной прочности и предел ползучести, решена благодаря достижению заявленного технического результата – выделению на первой ступени отпуска дисперсных карбонитридов Nb(C,N) размером около 5 нм.

Способ термической обработки жаропрочных сталей мартенситного класса, включающий выдержку стали в аустенитной области с последующим охлаждением на воздухе и отпуск, отличающийся тем, что при этом выдержку осуществляют при температуре 1060°C в течение 30-40 минут, а отпуск проводят в две ступени, причем на первой ступени проводят низкотемпературный отпуск в интервале температур 200-350°C, а на второй ступени проводят отпуск при температуре 760°C, причем продолжительность каждого отпуска составляет 3 часа.

Федеральная целевая программа «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014—2021 годы»

Федеральная целевая программа (далее Программа)

    – это сумма мероприятий, процедур и регламентов, через которые государство осуществляет научно-техническую политику, размещая государственные заказы на исследования и разработки в тех направлениях науки и технологии, которые признаны приоритетными.

Организационное сопровождение Программы

Организационное сопровождение Программы осуществляет федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Дирекция научно- технических программ» (далее Дирекция)

Дирекция Программы выполняет следующие основные функции:

  • cобирает и систематизирует статистическую и аналитическую информацию о реализации мероприятий Программы;
  • организует по поручению государственного заказчика Программы экспертизу проектов на всех этапах реализации Программы;
  • организует независимую оценку показателей результативности и эффективности мероприятий Программы, их соответствия целевым индикаторам и показателям;
  • внедряет информационные технологии и обеспечивает их применение в целях управления реализацией Программы и контроля за ходом выполнения мероприятий Программы;
  • осуществляет информационное обеспечение специализированного сайта (сайтов) в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет»;
  • организует техническое и информационное сопровождение приемки и оценки результатов работ;
  • обеспечивает организационно-техническое сопровождение формирования тематики конкурсных лотов.

Направления развития и финансирования

Программа ориентирована на проведение и финансирование исследований, дающих выход на конкретные разработки и продукты. Она направляет ресурсы на проведение прикладных исследований по тем технологическим направлениям, которые являются приоритетными для российской экономики и способствуют повышению ее конкурентоспособности.

Кроме того, в рамках Программы финансируется создание и поддержка инновационной инфраструктуры, призванной связать сектор исследований и разработок с субъектами рыночной экономики, обеспечить конвертацию знаний, преобразование их в рыночный продукт.

Аустенитные стали – жаропрочные и нержавеющие + Видео

Аустенитные стали, обладая рядом особых свойств, применяются в тех рабочих средах, которые отличаются высокой агрессивностью. Такие сплавы незаменимы в энергетическом машиностроении, на предприятиях нефтяной и химической промышленности.

1 Аустенитные стали – общее описание

К аустенитным относят сплавы с высоким уровнем легирования, которые при кристаллизации обычно образуют однофазную систему, характеризуемую кристаллической гранецентрированной решеткой. Такой тип решетки в описываемых сталях остается неизменным даже в тех случаях, когда металл охлаждается до очень низких температур, называемых криогенными (в районе -200 градусов Цельсия). В некоторых случаях стали аустенитного класса имеют и еще одну фазу (ее объем в сплаве может достигать десяти процентов) – феррита с высокой степенью легирования. В этом случае решетка является объемноцентрированной.

Разделение аустенитных сталей на две группы производится по составу их основы, а также по содержанию в сплаве легирующих компонентов – никеля и хрома:

  1. Композиции на основе железа: содержание никеля – до 7 %, хрома – до 15 %, общее количество легирующих добавок – не более 55 %.
  2. Композиции на никелевой (55 % и более никеля) и железоникелевой основе (в них содержится 65 и больше процентов никеля и железа, причем отношение первого ко второму составляет 1 к 1,5).

В таких сплавах никель увеличивает пластичность, жаропрочность и технологичность стали, а хром отвечает за придание ей требуемой коррозионной и жаростойкости. А добавляя другие легирующие компоненты, можно добиться уникальных свойств аустенитных составов, набор коих и обуславливает служебное предназначение того или иного сплава.

Чаще всего аустенитные стали легируются следующими элементами:

  • Ферритизаторами, которые стабилизируют структура аустенита. К ним относят ванадий, вольфрам, ниобий, титан, кремний и молибден.
  • Аустенитизаторами, коими являются азот, углерод и марганец.

Все указанные компоненты располагаются как в избыточных фазах, так и непосредственно в твердом стальном растворе.

По принятой классификации, учитывающей систему легирования, любая аустенитная сталь может быть причислена к хромомарганцевой либо к хромоникелевой. Кроме того, сплавы делят на хромоникельмарганцевые и хромоникельмолибденовые.

2 Коррозионно-, жаро- и хладостойкие аустенитные сплавы

Разнообразие добавок позволяет создавать особые аустенитные стали, которые используются для изготовления деталей для конструкций, работающих в высокотемпературных, коррозионных и криогенных условиях. Исходя из этого, аустенитные составы и подразделяют на разные группы:

Жаростойкие составы не разрушаются при воздействии на них химической среды. Их можно применять при температурах до +1150 градусов. Из таких сталей изготавливают разнообразные слабонагруженные изделия:

  • элементы газопроводных систем;
  • арматуру для печного оборудования;
  • нагревательные детали.

Жаропрочные марки сталей могут достаточно долго сопротивляться нагрузкам в высокотемпературных условиях, сохраняя при этом свои изначально высокие механические характеристики. Их обязательно легируют вольфрамом и молибденом (каждая из присадок может содержаться в стальной композиции в количестве до семи процентов). А для измельчения зерна в некоторые аустенитные сплавы вводят в небольших количествах бор.

Обозначим часто встречающиеся марки жаростойких и жаропрочных сталей описываемого в статье класса: Х15Н35ВТР, 10Х12Н20Т3Р, 40Х18Н25С2, 1Х15Н25М6А, 20X23h23, 10X15h28B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18h22T, 08Х16Н9М2, 10Х15Н35ВТ, 20Х25Н20С2, 1Х15Н25М6А, 20X23h23, 10X15h28B4T, 10Х16Н14В2БР, 10X18h22T.

Аустенитные нержавеющие стали (то есть коррозионностойкие) характеризуются малым содержанием углерода (не допускается наличия свыше 0,12 процентов этого химического элемента). Никеля в них может быть от 8 до 30 %, а хрома от 12 до 18%. Любая аустенитная нержавеющая сталь проходит термическую обработку (отпуск, закалку или отжиг стали). Термообработка необходима для того, чтобы изделия из нержавейки хорошо “чувствовали” себя в разных агрессивных средах – в щелочных, газовых, жидкометаллических, кислотных при температурах от +20 градусов и больше.

Наиболее известны следующие марки аустенитных коррозионностойких сталей:

  • хромоникельмолибденовые: 03Х21Н21М4ГБ, 08Х17Н15М3Т, 08X17Н13M2T, 03X16h25M3, 10Х17Н13М3Т;
  • хромомарганцевые: 07Х21Г7AН5, 10X14AГ15, 10X14Г14h5T;
  • хромоникелевые: 08Х18Н12Б, 03Х18Н11, 08X18h20T, 06X18Н11, 12X18h20T, 08X18h20;
  • с большим содержанием кремния (от 3,8 до 6,7 %): 15Х18Н12C4Т10, 02Х8Н22С6.

Хладостойкие аустенитные композиции содержат 8–25 % никеля и 17–25 % хрома. Применяются они для криогенных аппаратов, имеют высокую стоимость производства, поэтому используются весьма ограниченно. Чаще всего встречаются криогенные стали 07Х13Н4АГ20 и 03Х20Н16АГ6, которые легируются азотом. Этот элемент вводят для того, чтобы сплав при температуре +20° имел более высокий предел текучести.

3 Особенности аустенитных сплавов разных систем легирования

Наиболее распространенными считаются аустенитные хромоникелевые стали, которые имеют добавки молибдена. Их применяют тогда, когда есть риск образования щелевой либо питтинговой коррозии. Они демонстрируют высокую стойкость в восстановительных атмосферах, и делятся на два вида:

  • нестабилизированные титаном с содержанием углерода не более 0,03 %;
  • стабилизированные титаном с углеродом от 0,08 до 0,1 %.

Такие марки хромоникелевых композиций, как Х17Н13М2 и Х17Н13М3, оптимальны для конструкций, функционирующих в сернокислых средах, в уксусной десятипроцентной кислоте, в фосфорной кислоте в кипящем состоянии.

Хромоникелевые стали с добавлением ниобия или титана отличаются минимальной опасностью к образованию коррозии межкристаллитного типа. Ниобия вводят по сравнению с углеродом в 9–10 раз больше, а титана – в 4–5,5 раз больше. К сплавам с подобной возможностью относят следующие составы: 0Х18Н12Б, 0Х18Н10Т, Х18Н9Т и некоторые другие.

Увеличить коррозионную стойкость описываемых сталей также можно посредством введения в них кремния. Яркими представителями таких специальных композиций являются такие сплавы:

  • 015Х14Н19С6Б;
  • 03Х8Н22С6.

Они без преувеличения идеальны для производства химических сварных агрегатов, в которых хранится и перерабатывается азотная концентрированная кислота.

Хромомарганцевые стали типа 2Х18Н4ГЛ характеризуются высокими литейными характеристиками, поэтому их эксплуатируют на производствах, где применяются коррозионностойкие литые конструкции. Другие хромомарганцевые сплавы (например, 10Х13Г12Н2СА и 08Х12Г14Н4ЮМ) в горючих средах более стойки к коррозии, нежели хромоникелевые.

4 Термообработка аустенитных сталей и ее особенности

Жаропрочные и жаростойкие сплавы аустенитной группы подвергаются при необходимости разным видам термической обработки с целью увеличения своих свойств, а также для модификации имеющейся структуры зерна: число и принцип распределения дисперсных фаз, величина блоков и самого зерна и так далее.

Отжиг таких сталей применяется для уменьшения твердости сплавов (когда это требуется по условиям их эксплуатации) и устранения явления хрупкости. При подобной термической обработке металл нагревают до 1200–1250 градусов в течение 30–150 минут, а затем максимально быстро подвергают охлаждению. Сложные высоколегированные стали чаще всего охлаждают в масле либо на воздухе, а вот сплавы с малым количествам легирующих компонентов обычно погружают в воду.

Для сплавов типа ХН35ВТЮ и ХН70ВМТЮ рекомендуется термообработка в виде двойной закалки. Сначала выполняется первая нормализация их состава (при температуре около 1200 градусов), благодаря которой металл повышает показатель сопротивления ползучести за счет формирования твердой гомогенной фазы. А после этого осуществляется вторая нормализация с температурой не более 1100 градусов. Результатом описанной обработки является значительное увеличение пластических и жаропрочных показателей аустенитных сталей.

Аустенитная сталь повышает свою жаропрочность (а заодно и механическую прочность) в тех случаях, когда проходит двойную термообработку, заключающуюся в закалке и следующим за ней старении. Кроме того, практически все аустенитные металлы, которые относят к группе жаропрочных, искусственно старят перед эксплуатацией (то есть выполняют операцию их дисперсионного твердения).

Микроструктура и свойства жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, полученной методом аддитивного производства проволочной дуги

Технология аддитивного производства проволочной дуги (WAAM) была использована для изготовления образцов жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V. Фазовый состав, микроструктура и кристаллическая структура исследуемого материала в состоянии после плакирования и после термообработки (705 ° C × 1 ч) после плакирования были проанализированы методами оптической эмиссионной спектрометрии (OES), оптической микроскопии, сканирующей электронной микроскопии ( СЭМ) и просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ).Свойства исследуемого материала в состоянии после наплавки и после термообработки (705 ° C × 1 ч) после наплавки определяли с помощью измерителя микротвердости, измерителя механических свойств и измерителя ударной вязкости по Шарпи. Путем изучения микроструктуры и свойств было обнаружено, что исследуемый материал, произведенный WAAM, демонстрирует хорошее качество формования и отличные металлургические свойства сцепления, и никаких явных дефектов обнаружено не было. Микроструктура состоит в основном из Bg (гранулированный бейнит) и троостита, осажденных на границах зерен.Результаты наблюдений с помощью просвечивающей электронной микроскопии с высоким разрешением показывают, что кристаллические структуры образцов из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленных WAAM в состоянии после плакировки, имеют множество дефектов, таких как дислокации и мартенситно-аустенитные (МА) составляющие. , а края их зерна острые. В образцах из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, полученных в режиме WAAM, после термообработки после наплавки (705 ° C × 1 ч) наблюдается резкое уменьшение дислокаций, и зерна становятся гладкими.Распределение микротвердости в продольном и поперечном сечениях образцов очень равномерное. Средняя продольная и поперечная микротвердость образцов в плакированном состоянии составляет 310 HV 0,5 и 324 HV 0,5 соответственно. Средняя продольная и поперечная микротвердость образцов после термообработки после наплавки составляет 227 HV ​​ 0,5 и 229 HV 0,5 соответственно. Предел текучести образцов без термообработки после наплавки составляет 743 МПа, предел прочности на разрыв – 951 МПа, относительное удлинение – 10%, ударная вязкость по Шарпи при -20 ° C – 15 Дж.После термообработки после наплавки предел текучести, предел прочности, удлинение и ударная вязкость образцов по Шарпи составляют 611 МПа, 704 МПа, 14,5% и 70 Дж соответственно.

1. Введение

Аддитивное производство (AM) также называется трехмерной печатью (3D-печать) и отличается от традиционных технологий обработки измельчения (механической обработки) [1–4]. Аддитивное производство использует устоявшуюся трехмерную модель данных деталей. В соответствии с принципом дискретного сбора, различные источники тепла (такие как лазерный луч, ионный луч, электронный луч, дуга и ультрафиолетовый свет) используются для обработки сырья (например, порошков, проволоки и жидкостей). в методе послойного изготовления деталей.Технология аддитивного производства имеет выдающиеся характеристики по сравнению с традиционными технологиями обработки. Эти характеристики включают короткий производственный цикл (сокращение времени от проектирования до тестового образца и производства), возможное снижение производственных затрат, высокий коэффициент использования материалов (некоторое сырье может быть повторно использовано), высокоинтегрированный дизайн и производство (индивидуальный дизайн) , а также оптимизация конструкции деталей и компонентов на этапе проектирования.Он особенно подходит для компонентов со сложной структурой (например, пустотелых конструкций) или дорогостоящего сырья. AM имеет широкие перспективы применения в аэрокосмической промышленности, автомобильной промышленности, биомедицинской терапии, образовании, производстве пресс-форм и других областях и известна как одна из ключевых технологий, способствующих «третьей промышленной революции» [5–9].

Аддитивные технологии производства можно разделить на аддитивное производство металлов и аддитивное производство неметаллов в зависимости от различных материалов.В зависимости от типов источников тепла, аддитивное производство металлов в основном включает лазерное аддитивное производство, аддитивное производство электронным лучом, аддитивное производство плазмы и аддитивное производство проволочной дуги (WAAM) [10–15]. По сравнению с другими технологиями аддитивного производства технология WAAM отличается высокой производительностью и возможностью изготавливать детали больших размеров. Недостатком технологии WAAM является то, что ее точность изготовления не так хороша, как у лазерного аддитивного производства и электронно-лучевого аддитивного производства [16–20].В последние годы технология WAAM привлекла значительное внимание в аэрокосмической промышленности, производстве механического оборудования и других областях [21–25].

Однако в настоящее время имеется относительно немного сообщений, касающихся аддитивного производства деталей из жаропрочной стали. Y. Ali et al. представили исследования по аддитивному производству стали для горячей деформации (X37CrMoV 5–1) с процессом холодного переноса металла (CMT) и проанализировали влияние энергии дуги и теплового поля на механические свойства и микроструктуру материала [26].Микроструктура и свойства нового жаропрочного сплава Al – 3Ce – 7Cu, полученного методом аддитивного производства, были исследованы D. R. Manca и соавт. [27]. Muh-Rong Wang et al. получали металлические порошки из жаропрочной стали с мелкой микроструктурой для аддитивного производства [28]. Однако они не изучали свойства образцов из порошков жаропрочной стали методом аддитивного производства. Поэтому в данной статье технология WAAM исследуется с использованием сварочной проволоки из жаропрочной стали 2,25Cr1Mo0,25V.Сталь 2.25Cr1Mo0.25V – это недавно разработанная жаропрочная сталь. По сравнению с жаропрочной сталью 2.25Cr1Mo, жаропрочная сталь 2.25Cr1Mo0.25V может использоваться при более высоких температурах, и ее водородостойкость лучше. Его начали широко использовать в производстве устройств для реакции гидрирования [29–31]. Ожидается, что это исследование может обеспечить теоретическую и информационную поддержку популяризации и применения технологии аддитивного производства.

2. Экспериментальные процедуры

Экспериментальная проволока соответствовала составу 2.Жаропрочная сталь 25Х1Мо0,25В. Проволока марки ER90S-G диаметром 1,2 мм была произведена Лоянским научно-исследовательским институтом судовых материалов. Химический состав сварочной проволоки показан в таблице 1. В состав оборудования WAAM входили усовершенствованный источник питания TPS4000 для холодного переноса металла (CMT), шестиосевой робот IRB 1410 KUKA и робот Iungo PNT с программным обеспечением WAAM. В качестве экспериментального субстрата использовался ASTM A283M Gr. Сталь C с размерами 300 мм × 100 мм × 10 мм. Перед экспериментом поверхность подложки полировалась ручным шлифовальным кругом для удаления ржавчины и оксидного налета с поверхности стального листа.Чтобы уменьшить прогиб базовой стальной пластины в процессе аддитивного производства, для фиксации базовой стальной пластины использовался специальный рабочий держатель. В этом исследовании режим CMT был принят в процессе WAAM. Однослойные однопроходные, однослойные многопроходные и многослойные многопроходные эксперименты проводились на ранней стадии эксперимента. Улучшенные параметры обработки были выбраны в соответствии с формой плакированного прохода. Для контроля точности формования образца аддитивного производства использовался инфракрасный термометр FLUKE F59 для измерения температуры между проходами во время процесса аддитивного производства.Технологические параметры, выбранные для этого исследования аддитивного производства, следующие. Ток составлял 82 А, напряжение – 19,9 В, скорость подачи проволоки – 4,2 м мин. –1 , защитный газ – 99,9% Ar, поток газа – 20 л мин. –1 , температура между проходами – не менее 150 ° С. Конкретные параметры процесса показаны в таблице 2.


Образец C Si Mn Cr Mo V Ni Fe

2.25Cr1Mo0,25V 0,098 0,135 0,398 2,37 1,00 0,289 0,017 Бал.


Образец Ток (А) Напряжение (В) Скорость подачи проволоки (м · мин −1 ) Скорость печати (м · с −1 ) Расстояние между контактным наконечником и рабочей поверхностью (мм) Расход защитного газа (л · мин −1 ) Температура промежуточного прохода (° C) Степень перекрытия (%) ) Термическая обработка (° C × ч)

1 # 82 19.9 4,2 10 15 20 150 50 Нет
2 # 82 19,9 4,2 10 15 20 150 50 705 × 1

Размер напечатанного образца (тонкая стенка), изготовленного WAAM, составлял приблизительно 150 мм × 20 мм × 60 мм. Образцы для металлографического анализа (определение твердости и SEM), просвечивающей электронной микроскопии (TEM) и анализа химического состава были приготовлены из среднего положения образца с помощью ленточнопильного станка и проволочной электроэрозионной обработки (WEDM).Образцы для растяжения и удара были изготовлены параллельно и перпендикулярно направлению осаждения с обеих сторон. Эксперимент по анализу химического состава проводился в соответствии с ASTM E415-2015 с использованием QSN750-II OES. Испытания на растяжение проводились в соответствии со стандартом ASTM E8M-2013 a. Прочностные характеристики были проверены при комнатной температуре с использованием испытательной машины для материалов 100 кН (СИНТЕЧ30 / Г). При испытании на растяжение использовался контроль смещения. Начальная скорость деформации образца равнялась 0.005 мин. −1 . Ударные испытания образцов проводились в соответствии с ASTM E23-2016b. Использовали испытание на удар по Шарпи (ZBC2302-C). Температура испытания составляла -50 ° C. В каждой группе было протестировано по три образца. После полировки образцов для металлографической и сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) они были протравлены 4% раствором соляной кислоты и этанола. Микроскоп ZEISS Observer Z1m использовался для наблюдения микроструктуры металлографических образцов в соответствии со стандартом ASTM E112-2013.Микроструктуру металлографических образцов при большом увеличении наблюдали с помощью растрового электронного микроскопа Quanta600. Прибор для рентгеновской энергодисперсионной спектроскопии (EDS) Genesis Apex 2 был присоединен к SEM и использовался для анализа состава. Образцы ПЭМ были разрезаны на пластины толщиной 0,5 мм из объемных образцов и измельчены до толщины приблизительно 120 мкм. Были перфорированы и отшлифованы три пластины до 50 микрон. Образцы перфорированных пленок были получены методом двухструйной электрополировки при −20 ° C.Электролит представлял собой 4% хлорную кислоту и этанол, а электролитическое напряжение составляло 75 В. Затем образцы разбавляли разбавителем ионного пучка Gatan 691, который использовал ионы Ar в течение 0,5 часа. Кристаллическую структуру утоненных образцов ПЭМ наблюдали с помощью просвечивающего электронного микроскопа JEM-2100 при ускоряющем напряжении 200 кВ. Согласно стандарту ASTM E384-2017 твердость по Виккерсу измеряли на микротвердомере VMH-104. Испытательная сила составляла 500 гс, время выдержки – 15 с. Во время испытания было измерено 10 точек (интервал 1 мм на точку) от верхней части (2 мм) до нижней части плакированного шва.

3. Результаты и анализ
3.1. Характеристики формования жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V

На рис. 1 показан образец тонкостенной жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, напечатанный по технологии WAAM. Из образцов изображений видно, что тонкая стенка из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, напечатанная с помощью источника питания CMT, хорошо сформирована и не разрушается, но есть затвердевшие частицы металла, образующиеся в результате разбрызгивания оболочки во время процесса формовки. Кроме того, морфология поперечного сечения металлографического образца приведена на рисунке 2, а на рисунке 2 (a) показано состояние после плакировки для образца № 1, а на рисунке 2 (b) показано термообработанное (705 °) состояние после плакирования. C × 1 ч) состояние для образца №2.Видно, что в образце имеется небольшое количество дефектов холодной изоляции и воздушных отверстий, а металлургическое соединение между наплавленными слоями хорошее, что дополнительно демонстрирует хорошую формуемость жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, произведенной ВААМ.


3.2. Состав и характеристики микроструктуры жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V производства WAAM

В таблице 3 показаны результаты анализа химического состава 2.25Cr1Mo0.Образцы жаропрочной стали 25В производства WAAM. Сравнивая химический состав необработанной проволоки, приведенный в таблице 1, можно увидеть, что потери при горении основного раскисляющего элемента Si для двух образцов из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленных аддитивным производством, составляют 53,3% и 52,6%. %, а потери при горении раскисляющего элемента Mn составляют 53,3% и 52,6%. Скорости перехода составляют 88,6% и 89,5% для основного легирующего элемента Cr, 95,9% и 95,9% для легирующего элемента Mo и 80.6% и 82,0% для легирующего элемента V. Из результатов химического состава видно, что раскисленные элементы в плакирующей проволоке сгорают сильнее, чем другие элементы, а скорость перехода легирующих элементов высока, что указывает на то, что раскисленные элементы полностью раскисляются во время процесса WAAM, и эффективность раскисления пода печи хорошая.


Образец C Si Mn Cr Mo V Ni Fe

# 1 (как в оболочке) 0.111 0,063 0,263 2,10 0,959 0,233 0,016 Бал.
# 2 (после термообработки) 0,113 0,064 0,269 2,12 0,959 0,237 0,016 Бал.

На рис. 3 показаны металлографические изображения различных участков жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, произведенной WAAM.Из рисунков 3 (a) и 3 (b) видно, что структура столбчатой ​​кристаллической зоны в жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, производимой WAAM, в основном представляет собой гранулированный бейнит. Зона переплава в жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, произведенной WAAM, состоит из гранулированного бейнита и троостита, которые осаждаются на границах зерен, как показано на рисунках 3 (c) и 3 (d). Микроструктура зоны термического влияния представляет собой гранулированный бейнит + троостит, который выделяется на границах зерен, как показано на рисунках 3 (e) и 3 (f).Кроме того, на металлографах с большим увеличением видно, что никаких дефектов, например микротрещин, не видно. На рис. 4 показаны СЭМ-изображения и энергодисперсионная спектроскопия включений в образцах после плакирования, при этом на СЭМ-изображениях с большим увеличением не видно микротрещин. Кроме того, можно видеть, что морфология включений в образце в основном сферическая, и соответствующие результаты энергодисперсионной спектроскопии показывают, что включения в основном состоят из оксидов кремния и марганца.

Для дальнейшего уточнения кристаллической структуры образца из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленного WAAM, был проведен ПЭМ-анализ. На рис. 5 показано ПЭМ-изображение образца. Из изображения ПЭМ на рисунке 5 (а) видно, что кристаллическая структура образца представляет собой явно зернистую структуру бейнита (компонент МА существует), и результат анализа дифракции электронов в соответствующей выбранной области (SAED) показывает, что матрица ферритная. На рисунках 6 (a) и 6 (b) показано изображение с большим увеличением компонента M-A в гранулированном бейните, который включает изолированные островки, что дополнительно доказывает существование компонента M-A.Рисунок 6 (c) показывает, что на ПЭМ-изображении с большим увеличением обнаружено большое количество дислокаций в кристаллической структуре плакированного образца 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленного WAAM, поскольку жаропрочная сталь 2.25Cr1Mo0.25V имеет высокую Содержание легирующих элементов Cr, Mo и V. Высокая упрочняющая способность способствует образованию дефектов кристаллов, таких как упрочненные структуры и дислокации. Таким образом, в машиностроении жаропрочные стали 2.25Cr1Mo0.25V необходимо подвергать термообработке после наплавки для улучшения их структуры и характеристик.На рисунке 6 (d) показано ПЭМ-изображение с большим увеличением области с включениями, где видно, что включения в основном сферические, что согласуется с результатами, полученными с помощью SEM на рисунке 4. На рисунке 7 показан состав проанализированных включений. методом энергодисперсионной спектрометрии и SAED на просвечивающем электронном микроскопе. Из результатов анализа рисунка 7 видно, что включения представляют собой композитные структуры. Основными компонентами светлых включений являются оксиды кремния и марганца, и картина SAED показывает, что включения являются аморфными.Темная часть включений в основном состоит из оксида кремния, и анализ соответствующей картины SAED показывает, что SiO 2 является основным компонентом. На рис. 8 показано изображение полос решетки во включениях и матрице с высоким разрешением. Анализ показал, что полосы решетки с высоким разрешением на рис. 8 (а) соответствуют плоскости кристалла (021) SiO 2 с d 0,3186 нм (PDF № 82–1599), что согласуется с результатами анализ энергодисперсионной спектроскопии.На рис. 8 (b) полосы решетки с высоким разрешением в матрице указывают расстояние d приблизительно 0,2113 нм, что соответствует плоскости кристалла (110) аустенита Fe. На рисунке 9 показана кристаллическая структура и соответствующий SAED образца 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленного WAAM, после термообработки при 705 ° C × 1 час. Из диаграммы видно, что дислокации в кристаллической структуре после термообработки уменьшаются, кристаллические зерна становятся гладкими, а структура значительно улучшается по сравнению с таковой у образца WAAM без оболочки.Согласно сводке ПЭМ-изображений, микроструктура образца 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленного WAAM, в основном представляет собой гранулированный бейнит при большом увеличении. При больших увеличениях в образце обнаруживаются дислокации и небольшое количество включений. Включения в основном состоят из композитных оксидов кремния и марганца, что в основном согласуется с результатами, полученными с помощью металлографии и СЭМ. Очевидно, что после термообработки микроструктура образца улучшается.




3.3. Свойства образца из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленного WAAM

. На рисунке 10 показано распределение микротвердости образца жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, изготовленного WAAM. Во время испытания были измерены 10 точек (с интервалом между точками 1 мм) на равном расстоянии от верхней части (2 мм) до нижней части сварного шва и с левой стороны (2 мм) до правой стороны. Из диаграммы распределения микротвердости видно, что распределение твердости плакированных образцов (№1), изготовленных из сплава 2.Жаропрочная сталь 25Х1Мо0,25В, изготовленная методом аддитивного производства, составляет от 292 до 344 HV 0,5 , причем распределение микротвердости в продольном и поперечном сечениях образцов равномерное. Средняя продольная и поперечная микротвердость образцов в плакированном состоянии составляет 310 HV 0,5 и 324 HV 0,5 соответственно. Разница в средней микротвердости между продольным и поперечным сечениями очень мала. Колебания микротвердости в основном вызваны изменением структуры.Из морфологии поперечного сечения жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, произведенной WAAM на рис. 2, видно, что сформированный образец содержит многослойную и многопроходную структуру оболочки. На структуру первого слоя плакированного шва влияет тепловой цикл второго слоя и того же слоя плакированного шва. Обычно это примитивные столбчатые кристаллические зоны, зоны переплавки и зоны термического влияния. Микротвердость варьируется в разных регионах из-за разной микроструктуры (например, размера зерна и наличия выделений), поэтому твердость в поперечном сечении колеблется.После термообработки распределение твердости составляет от 205 до 240 HV 0,5 , а средняя продольная и поперечная микротвердость шлифа составляет 227 HV ​​ 0,5 и 229 HV 0,5 соответственно. При сравнении микротвердости поперечного сечения жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, произведенной WAAM после наплавки и термообработки, можно обнаружить, что средняя микротвердость образца после термообработки уменьшается примерно на 90 HV 0.5 , что связано с улучшением структуры и снятием напряжений в образце.


Результаты испытаний механических свойств жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, произведенной WAAM, показаны на рисунке 11. Из результатов испытаний видно, что механические свойства образцов превосходны. Предел текучести образцов без термообработки после наплавки составляет 743 МПа, предел прочности на разрыв – 951 МПа, относительное удлинение – 10%, ударная вязкость по Шарпи при -20 ° C – 15 Дж.После термообработки после наплавки предел текучести, предел прочности на разрыв, удлинение и значение ударной вязкости по Шарпи при -0 ° C образцов составляют 611 МПа, 704 МПа, 14,5% и 70 Дж соответственно.


4. Выводы

WAAM использовался для изготовления образцов жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V. Образцы были хорошего качества. Микроструктура состояла в основном из BG (гранулированный бейнит) и троостита, которые выделялись на границах зерен. Кристаллические структуры 2.Образцы из жаропрочной стали 25Cr1Mo0.25V, изготовленные WAAM в состоянии после наплавки, имели множество дефектов, таких как дислокации и составляющие M-A. В образцах из жаропрочной стали 2.25Cr1Mo0.25V, полученных в WAAM-режиме последующей термообработки (705 ° C × 1 ч), произошло резкое уменьшение дислокаций, и их зерна стали гладкими. Небольшое количество включений было обнаружено на изображениях СЭМ и ПЭМ с большим увеличением. Включения в основном сложены оксидами кремния и марганца.Распределение микротвердости в продольном и поперечном сечениях было равномерным. Средняя продольная и поперечная микротвердость образцов в наплавленном состоянии составила 310 HV 0,5 и 324 HV 0,5 соответственно. Средняя продольная и поперечная микротвердость образцов после термообработки составила 227 HV ​​ 0,5 и 229 HV 0,5 соответственно. Предел текучести образцов без термообработки после наплавки составлял 743 МПа, предел прочности при растяжении составлял 951 МПа, относительное удлинение составляло 10%, а ударная вязкость по Шарпи при -20 ° C составляла 15 Дж.После термообработки предел текучести, предел прочности, относительное удлинение и значение ударной вязкости по Шарпи при -20 ° C образцов составили 611 МПа, 704 МПа, 14,5% и 70 Дж соответственно. Ожидается, что это исследование предоставит теоретические данные и данные для аддитивного производства деталей из жаропрочной стали.

Доступность данных

Любой читатель или исследователь, желающий получить данные исследования этой статьи, может связаться с автором по электронной почте.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности

Авторы выражают благодарность Университетской программе инноваций Synergy провинции Аньхой (GXXT-2019-022), Фонду естественных наук провинции Аньхой (15QE174) и Программе талантов Аньхойского научно-технического университета (RCYJ201905) за финансовую поддержку.

Никель 600 лучше всего подходит для высокотемпературных корзин?

Для термической обработки корзины должны быть устойчивы к экстремальным температурам – иногда превышающим 1200˚F (649˚C) или даже 1800˚F (982˚C).При таких экстремальных температурах пластиковые корзины не подходят – большинство из них плавятся при температуре ниже 400˚F (204˚C).

Вот почему большинство корзин для термообработки изготавливаются из металла. Однако многие металлические сплавы не выдерживают экстремальных температур, возникающих при термообработке. Повторяющееся воздействие температур, превышающих 1600˚F (871˚C), может вызвать сильное окисление многих металлов, нарушая пассивный оксидный слой, который защищает большинство нержавеющих сталей от коррозии. Это, в свою очередь, сокращает срок службы корзины для термообработки.

Одним из решений проблемы создания долговечной проволочной корзины для термообработки является использование специального жаропрочного сплава, такого как никелевый сплав 600. Что такое никелевый сплав 600? Почему он идеально подходит для термической обработки?

Вот краткий обзор никелевого сплава 600 и того, почему это идеальный материал корзины для термообработки:

Что такое никелевый сплав 600?

Никелевый сплав 600, иногда называемый просто никелем 600, представляет собой хромоникелевый сплав, чрезвычайно устойчивый к окислению при высоких температурах – аналогично Inconel® и некоторым нержавеющим сталям.Он в основном состоит из никеля (не менее 72%, согласно спецификациям United Performance Metals), а следующие два основных ингредиента – хром (14-17%) и железо (6-10%).

Высокое содержание никеля в этом сплаве делает его чрезвычайно устойчивым к окислению даже при высоких температурах, предотвращая образование накипи и другие проблемы, часто встречающиеся при термообработке. Никель 600 имеет температуру плавления от 2470 до 2575 ° F (от 1354 до 1413 ° C). Он также имеет предел прочности на растяжение 93 тысячи фунтов на квадратный дюйм при комнатной температуре и 15 тысяч фунтов на квадратный дюйм при 1600 ° F (871 ° C).

Еще одно преимущество высокого содержания никеля в сплаве 600 никель состоит в том, что он обычно устойчив к коррозионным средам, в то время как содержание хрома помогает повысить кислотостойкость сплава.

В целом корзины из никеля 600 очень устойчивы к высоким температурам, агрессивным средам и кислотным соединениям, сохраняя при этом относительно высокую прочность на разрыв по сравнению с большинством сплавов при высоких температурах.

Зачем использовать корзины из никеля 600 для термообработки?

Итак, почему вы хотите использовать корзины из сплава никель 600 вместо сплава нержавеющей стали, такого как нержавеющая сталь марки 304? Основная причина заключается в том, что никель 600 гораздо более устойчив к окислению в процессе термической обработки, чем нержавеющая сталь 304.Хотя нержавеющая сталь марки 304 может выдерживать температуры 1600 ° F без плавления и может даже сохранять более высокий предел прочности на разрыв, чем никель 600 при таких температурах (24 фунтов на квадратный дюйм против 15 тысяч фунтов на квадратный дюйм), она не столь устойчива к окислительной коррозии при таких температурах.

Таким образом, хотя нержавеющая сталь могла бы выдержать больший вес, она начала бы быстрее подвергаться коррозии, сокращая срок службы корзины для термообработки. Вот почему инженеры Marlin часто рекомендуют никель 600 или аналогичные жаропрочные сплавы для изготовления корзин для термообработки вместо более распространенных сплавов, таких как нержавеющая сталь 304.

Никель 600 часто используется в вакуумных печах для термообработки с температурами до 2 200 F (1204 C), в то время как температуры, близкие к 2300 F (1260 C), могут повышать рабочие характеристики материала.

При создании специальной проволочной корзины для любого производственного приложения важно хорошо разбираться в этом приложении. Вот почему инженеры Marlin рассылают индивидуальный вопросник корзины из 10 пунктов, чтобы собрать подробную информацию о вашем производственном процессе, прежде чем приступить к проектированию корзины.Поступая таким образом, инженеры Marlin могут проектировать с учетом конкретных факторов производительности, связанных с вашим производственным применением, таких как экстремальные температуры, используемые химические коррозионные вещества и физические воздействия.

Вам прямо сейчас нужна специальная проволочная корзина для термообработки? Свяжитесь с мастерами Marlin Steel, предлагающими «Качество, быстрое проектирование».

Микроструктура и механические свойства термообработанной мартенситной жаропрочной стали T92

Ссылки

[1] M.Abd El-Rahman, Abd El-Salam, I. El-Mahallawi и M.R. El-Koussy, Int. Термическая обработка. Прибой. Eng., 7 (2013) 23–31. Поиск в Google Scholar

[2] S.A. David, J.A. Siefert, Z. Feng, Sci. Technol. Сварка. Joi., 18 (2013) 631–651. Поиск в Google Scholar

[3] П. Дж. Эннис, А. Зелинска-Липец и А. Чирска-Филемонович, Mater. Sci. Technol., 16 (2000) 1226–1232. Поиск в Google Scholar

[4] J. Hald, Int. J. Press. Vessels Piping, 85 (2008) 30–37. Искать в Google Scholar

[5] W.Ян, В. Ван, Ю.-Й. Шань и К. Ян, Front Mater. Sci., 7 (2013) 1-27. Поиск в Google Scholar

[6] M. Yoshizawa, M. Igarashi, K. Moriguchi, A. Iseda, H.G. Armaki, K. Maruyama, Mater. Sci. Англ. A, 510–511 (2009) 162–168. Поиск в Google Scholar

[7] Дж. Цао, Ю. Гонг, К. Чжу, З.Г. Ян, Х. Луо и Ф. Гу, матер. Des., 32 (2011) 2763–2770. Поиск в Google Scholar

[8] П. Дж. Эннис, А. Чирска-Филемонович, Садхана, 28 (2003) 709–730. Поиск в Google Scholar

[9] Z.Zhang, G. Holloway, A. Marshall, Int. J. Microstruct. Матер. Prop., 6 (2011) 20–39. Искать в Google Scholar

[10] C.D. Лундин, П. Лю и Ю. Цуй, Welding Res. Counc., 454 (2000) 1–36. Поиск в Google Scholar

[11] А. Нагоде, Л. Косец, Б. Уле и Г. Косец, Metalurgija, 50 (2011) 45–48. Поиск в Google Scholar

[12] SS Wang, DL Пэн, Л. Чанг и X.D. Хуэй, матер. Des., 50 (2013) 174–180. Поиск в Google Scholar

[13] М. Огами, Х. Наой, Х. Мимура, Т.Икемото, С. Кинбара и Т. Фудзита, Nippon. Steel., 72 (1997) 59–64. Искать в Google Scholar

[14] T.B. Гиббонс, Пер. Индийский. Inst. Met., 66 (2013) 631–640. Поиск в Google Scholar

[15] Р. Вишванатан, В. Баккер, J. Mater. Англ. Perform., 10 (2001) 81–95. Поиск в Google Scholar

[16] M. Santella, 24th Annual Conf. по ископаемым энергетическим материалам, Питтсбург, Пенсильвания, 2010 г. Поиск в Google Scholar

[17] Д. Ричардо и Дж. К. Вайллант, Vallourec & Mannesmann Tubes, T92 / P92 Поиск книг в Google Scholar

[18] ASME Boiler & Pressure Vessel Кодекс, ASME B&PV II, Часть A, ASME, Нью-Йорк.2010. Поиск в Google Scholar

[19] М. Танейке, К. Савада, Ф. Абэ, Металл. Матер. Trans., 35A (2004) 1255–1262. Поиск в Google Scholar

[20] A. Czyrska-Filemonowicz, A. Zielinska-Lipiec, P.J. Ennis, J. Achievem. Матер. Manuf. Eng., 19 (2006) 43–48. Искать в Google Scholar

[21] W.S.R. Сунг Хо Ким и Х. Кук, J. Korean. Nucl. Soc., 31 (1999) 561–571. Поиск в Google Scholar

[22] А. Зелинска-Липец, А. Чирска-Филемонович, Mater. Пер., 48 (2007) 931–935.Искать в Google Scholar

[23] Z. Lu, R.G. Фолкнер, Н. Риддл, Ф.Д. Мартино и К. Ян, J. Nucl. Mater., 366–388 (2009) 445–448. Искать в Google Scholar

Термическая обработка стали – Heavy Duty Industries

Наше ноу-хау – ваше преимущество

Термическая обработка неразрывно связана со всей продукцией, которую мы производим в каждой отрасли. Мы получаем максимальную отдачу от вашей инструментальной стали благодаря нашим собственным протоколам термообработки.

Ключевые значения

  • Качество
  • Техническая компетентность
  • Управление процессом
  • Организованный
  • Гибкость

Компетентность в области термообработки

  • Общие, холодостойкие и жаропрочные конструкции стали
  • Q&T стали
  • Стали для поверхностного упрочнения
  • Инструментальные стали для холодной и горячей обработки
  • Нержавеющие и кислотостойкие стали и т. д.

Предлагаем следующие виды термообработки

  • Отпуск (закалка и отпуск)
  • Мягкий отжиг
  • Термическая обработка в растворе
  • Отжиг для снятия напряжений
  • Нормализация
  • Обработка до диапазона твердости (+ TH = ранее BF-отжиг)
  • Обработка ферритно-перлитной структуры (+ FP = ранее BG отжиг)

Размеры + вес

  • Эксплуатационная масса: от 10 кг до 15000 кг
  • Максимальная температура: 1080 ° C
  • Максимальная длина / ширина / высота: 6700 x 1700 x 1240 мм или 5,540 x 2650 x 1560 мм

Тушение

Подходящая среда для вашего материала Объем емкости 80 м3

Изорапид 277 HM
Высокоустойчивое к испарению высокопроизводительное закалочное масло с очень короткой основной паровой фазой для закалки с низким уровнем деформации низколегированных и высоколегированных сталей.

Ferroquench 2000I
Полимерная водосмешиваемая негорючая закалочная среда, рабочая концентрация прибл. 9%. Эффект закалки при такой концентрации применения немного выше, чем при закалке с высокопроизводительным маслом для закалки низколегированных и нелегированных сталей.

Ferroquench HQ-RS
Полимерная водосмешиваемая закалочная среда с концентрацией 6%. Для сокращения основной паровой фазы воды и, таким образом, равномерного и однородного охлаждения водоотверждаемых сталей.

Размеры каждого умывальника 9500 x 3500 x 3000 мм (Д x Ш x В)

преимуществ термической обработки | Специальная обработка стали

❮ Вернуться в блог

Преимущества термической обработки стали

23 ноября 2016 г.

Стальные детали часто требуют термической обработки в той или иной форме для повышения твердости и получения максимальной прочности и долговечности.Благодаря множеству различных процессов термической обработки свойства стали изменяются по физическим и механическим каналам. Помимо многих других преимуществ термической обработки, она также может помочь в производственном процессе. Существует множество процессов термообработки стали, в том числе: цементирование, отпуск стали, закалка в масле, науглероживание, термообработка в вакууме и многое другое.

Когда мы говорим об изменении механических свойств, мы имеем в виду прочность на сдвиг, ударную вязкость и предел прочности стали.Учет этого механического изменения свойств позволяет вашему продукту быть более эффективным при выполнении повседневных задач и более устойчивым к износу даже в самых тяжелых условиях.

Существует ряд различных вариантов термообработки на выбор, и все они зависят от свойств, необходимых для конечной функции стали. Очень важно работать с авторитетной компанией, которая признает эти различия, чтобы гарантировать, что ваш продукт соответствует указанным требованиям, которые вы к нему предъявляете.

Как мы уже упоминали, правильная термообработка изменит как физические, так и механические свойства вашего материала, а также поможет на других важных этапах производства. В результате правильно примененных процессов термообработки можно снять напряжение, облегчая обработку или сварку стали. Стальные материалы в значительной степени выигрывают от преимуществ термообработки в отношении производства, особенно в таких процессах, как горячая штамповка или после сварки, где со временем могут накапливаться напряжения.

Термическая обработка очень важна для стали

Термическая обработка не только делает сталь тверже. Он даже может сделать его мягче! Размягчение стали позволяет выполнять такие операции по обработке металла, как глубокая вытяжка, холодная ковка и механическая обработка. Таким образом, сталь также увеличивает свою прочность, делая материал пластичным или более гибким, а также обеспечивает характеристики износостойкости, делая материал более жестким.

Цементная закалка является примером этого – простой процесс упрочнения поверхности металла, позволяющий металлу глубже под ней оставаться мягким, таким образом образуя тонкий слой твердого металла снаружи.Закалка позволяет получить деталь, которая не будет разрушаться (из-за мягкого сердечника, который может поглощать напряжения без растрескивания), но также обеспечивает адекватную износостойкость на поверхности детали.

Шестерни, валы, подшипники и другие важные компоненты значительно выигрывают от таких процессов упрочнения, когда мы говорим не только об их износостойкости, но и об их общем сроке службы. Это означает, что в результате этих операций также увеличивается сопротивление усталости, что позволяет стальным компонентам работать более эффективно в течение более длительного периода времени.

Чрезвычайно твердые стали часто используются в качестве режущих инструментов, где необходимо поддерживать четко очерченные кромки – термообработка этих сталей является критически важной операцией для достижения требуемых характеристик и работы. Твердые поверхности с пластичным основным материалом могут быть также обработаны термической обработкой. Возможные области применения и применения термообработанной стали кажутся безграничными.

Если требуется повышение прочности и износостойкости материала, то необходимо провести термическую обработку в той или иной форме.Это лучший способ добиться максимального использования и производительности вашего материала. Термическая обработка является важной частью сталелитейной промышленности и является основной функцией промышленной инфраструктуры.

В двух словах о преимуществах термической обработки

Мы пережили столько всего! Давайте разберемся со всеми преимуществами термической обработки ваших стальных деталей и компонентов.

  • Более прочный продукт.
  • Сталь становится жестче, прочнее.
  • Легче сваривать.
  • Становится более гибким.
  • Повышает его износостойкость.
  • Увеличение общего срока службы детали.

Наши возможности термообработки оставят неизгладимое впечатление на ваш драгоценный материал. Термическая обработка вашей производственной линии дает массу преимуществ. Узнайте, как Specialty Steel Treating, Inc. может помочь вашей стали раскрыть свой максимальный потенциал. Мы проанализируем ваши производственные процессы и выберем одну из наших ведущих в отрасли услуг, которая наилучшим образом соответствует вашим конкретным потребностям.Мы понимаем, насколько важен ваш продукт для вашей прибыли, и у нас есть инструменты и методы, которые не дадут вам ничего, кроме наилучших результатов.

О различных трещинах закалки жаропрочной стали после термообработки – Xinghua Tongbu Casting Co., Ltd.

Общие трещины закалки при термообработке жаропрочной стали следующие:

1. Продольные трещины

Трещина осевая тонкий длинный. Когда форма полностью затвердевает, то есть закалкой без сердечника, сердечник превращается в закаленный мартенсит с большим удельным объемом, который создает касательное растягивающее напряжение.Чем выше содержание углерода в литейной стали, тем больше касательное растягивающее напряжение. Выше предела прочности этой стали образуются продольные трещины. Следующие факторы усугубили возникновение продольных трещин:

(1) Сталь содержит больше вредных примесей с низкой температурой плавления, таких как S, P, Sb, Bi, Pb, Sn, As и т. Д. он сильно сегрегирован в продольном направлении вдоль направления прокатки, легко получить концентрацию напряжений для образования продольных закалочных трещин Продольные трещины, образованные при быстром охлаждении после прокатки сырья, остаются в изделии, вызывая закалочные трещины, расширяющиеся с образованием продольные трещины;

(2) Размер формы находится в пределах чувствительного диапазона размеров закалочного растрескивания стали (опасный размер закалки углеродистой инструментальной стали составляет 8-15 мм, опасный размер средне-низколегированной стали 25-40 мм) выбранная охлаждающая среда для закалки значительно превышает критическая закалка стали. При скорости охлаждения легко образуются продольные трещины.

Трещина осевая тонкая, протяженная. Когда матрица полностью затвердевает, то есть закалкой без сердечника, сердечник превращается в закаленный мартенсит определенного объема, который создает касательное растягивающее напряжение. При предельной прочности стали образуются продольные трещины. Следующие факторы усугубили возникновение продольных трещин:

Меры предосторожности:

(1) Строго проверять сырье на складе, пускать в производство стальные изделия с вредными примесями, превышающими норматив;

(2) Попробуйте использовать вакуумную плавку, рафинирование вне печи, электрошлаковый переплав литейной стали;

(3) Улучшение процесса термообработки, использование тепла вакуумной обработки, нагрев защитной атмосферы, полное дезоксигенация, соляная ванна, анализ нагрева, закалка, изотермическая закалка;

(4) Превращение бесцентровой закалки в центрирующую закалку означает неполное упрочнение, получение более низкой структуры бейнита с высокой ударной вязкостью, другие меры, значительное снижение растягивающего напряжения, эффективное предотвращение продольного растрескивания при закалке формы.

2. Поперечные трещины

Характеристики трещины перпендикулярны осевому направлению. Незакаленные формы имеют большие пики растягивающих напряжений на переходе между закаленной зоной и незакаленной зоной. Большие формы имеют тенденцию к образованию больших пиков растягивающего напряжения во время быстрого охлаждения. Результирующее осевое напряжение больше, чем касательное, что приводит к боковой трещине. Боковая сегрегация вредных примесей с низкой температурой плавления, таких как S, P, Sb, Bi, Pb, Sn, Поскольку в ковочном модуле существуют боковые микротрещины в модуле.После закалки они расширяются, образуя боковые трещины.

Меры предосторожности:

(1) Модуль должен быть разумно кованым, отношение длины исходного материала к диаметру, то есть коэффициент ковки, выбирается между 2-3, поковка в форме двойного креста между поковки выкованы пятью товарными позициями, пять разводятся многократно, так что примеси карбидов в стали Тонкие, маленькие, равномерно распределенные на стальной подложке, структура кованых волокон направленно распределена вокруг полости, что значительно улучшает поперечные механические свойства модуль снижает устраняет источник стресса;

(2) Выберите охлаждающую среду с идеальной скоростью охлаждения: быстрое охлаждение выше точки Ms стали, выше критической скорости закалочного охлаждения стали, напряжение, создаваемое переохлажденным аустенитом в стали, является термическим напряжением, поверхность слой – напряжение сжатия, внутренний слой – растягивающее напряжение, они компенсируют друг друга, эффективно предотвращают образование трещин термического напряжения, медленное охлаждение между Ms-Mf стали, значительно снижают структурное напряжение при формировании закаленного мартенсита.Когда сумма термического напряжения и соответствующего напряжения в стали положительна (растягивающее напряжение), растрескивание легко гасить, когда оно отрицательное, растрескивание гасить легко. В полной мере используйте термическое напряжение, уменьшите напряжение фазового превращения, контролируйте отрицательную сумму напряжений, что может эффективно избежать возникновения поперечных трещин закалки. Органическая закалочная среда CL-1 является идеальным закалочным агентом, в то же время она может уменьшить, избежать деформации закалочной матрицы, а также контролировать разумное распределение затвердевшего слоя.Регулируя соотношение закалочного агента CL-1 к различным концентрациям, можно получить разные скорости охлаждения, можно получить необходимое распределение упрочненного слоя для удовлетворения потребностей различных сталей для литейных форм.

3. Дуговая трещина

Она часто возникает на углах формы, выступах, линиях ножей, острых углах, прямых углах, выемках, отверстиях, вспышках охватывающей проводки формы и других внезапных изменениях формы. Это связано с тем, что напряжение, возникающее в углах во время закалки, в 10 раз превышает среднее напряжение на гладкой поверхности.

(1) Чем выше содержание легирующего элемента с содержанием углерода (C) в стали, тем ниже точка Ms стали. При понижении точки Ms на 2 ° C тенденция к образованию трещин закалки увеличивается в 1,2 раза, точка Ms уменьшается на 8 ° C, тенденция к трещинам закалки увеличивается в 8 раз

(2) Различные структурные превращения в стали одни и те же структурные преобразования имеют разное время. Из-за особой переносимости различных структур возникает огромное напряжение тканей, что приводит к образованию дуговых трещин на стыке тканей;

(3) своевременный отпуск после закалки, недостаточный отпуск, остаточный аустенит в стали полностью преобразован, остается в использовании, чтобы способствовать перераспределению напряжений, мартенситная фаза появляется в остаточном аустените, когда штамп находится в эксплуатации. внутреннее напряжение создается преобразованием, дуговая трещина образуется, когда интегральное напряжение превышает предел прочности стали;

(4) Имеет второй вид закаленной хрупкой стали.После закалки высокотемпературный отпуск медленно охлаждается, что приводит к осаждению вредных примесных соединений, таких как полистирол, в стали вдоль границы зерен, что значительно снижает прочность сцепления, вязкость границы зерен, увеличивает хрупкость при эксплуатации. внешнего воздействия образуются дугообразные трещины.

Меры предосторожности:

(1) Улучшите конструкцию, постарайтесь сделать форму симметричной, уменьшить мутацию формы, увеличить ребра технологических отверстий, используйте комбинированную сборку;

(2) Закругленные углы заменяют острые кромки под прямым углом, сквозные отверстия заменяют глухие отверстия, повышают точность обработки поверхности, уменьшают источники концентрации напряжений, обычно имеют низкие требования к твердости для углов, острых кромок, глухих отверстий и т. Д.Он может быть забинтован, набит железной проволокой, асбестовым канатом, огнеупорным шламом и т. Д., Искусственно создавая охлаждающий барьер, который медленно охлаждают и закаливают, чтобы избежать концентрации напряжений, предотвратить образование дугообразных трещин во время закалки;

(3) Закаленная сталь должна быть своевременно отпущена, чтобы устранить часть внутренних напряжений закалки, чтобы предотвратить расширение напряжения закалки;

(4) Закалка в течение более длительного времени для улучшения значения вязкости разрушения формы:

(5) Полностью отпущена для получения стабильных организационных показателей;

(6) Многократный отпуск для полного преобразования остаточного аустенита для устранения нового напряжения;

(7) Разумный отпуск для повышения усталостной прочности стальных деталей с комплексными механическими механическими свойствами;

(8) Для сталей со вторым типом закаленной хрупкости сталь должна быть быстро охлаждена (водяное охлаждение с масляным охлаждением) после высокотемпературного отпуска, что может устранить отпускную хрупкость второго типа предотвратить образование дуговых трещин формы при закалке.

4. Трещина отслаивания

Во время эксплуатации формы закаленный слой отслаивается от стальной матрицы под напряжением. Из-за разного удельного объема структуры поверхности стержневой структуры формы, поверхностный слой образует аксиальное тангенциальное закалочное напряжение во время закалки, которое вызывает резкое изменение напряжения растяжения в радиальном направлении внутрь. Трещины отслаивания возникают в узком диапазоне изменений напряжения, что часто происходит в процессе охлаждения поверхности формы для химической термообработки, внутреннее внешнее закалочное расширение мартенсита выполняется одновременно из-за разницы в химической модификации поверхности. фазовое превращение стальной матрицы, в результате чего возникает большое напряжение фазового превращения, в результате химической обработки инфильтрационного слоя матричная структура Отслаивается.Такие как слой поверхностного упрочнения пламенем, слой высокочастотного упрочнения поверхности, слой науглероживания, слой карбонитрирования, слой азотирования, слой борирования, слой металлизации и т. Д. Он подходит для быстрого отпуска после закалки слоя химической инфильтрации, особенно быстрого нагрева при низкой температуре ниже 300 ℃, заставит поверхностный слой сформировать растягивающее напряжение, сжимающее напряжение будет сформировано в основном переходном слое стальной матрицы. Проникший слой был разорван.

Меры предосторожности:

(1) Концентрационная твердость химического инфильтрационного слоя литейной стали должна постепенно уменьшаться с поверхности внутрь, сила сцепления между инфильтрационным слоем и подложкой должна быть увеличена. После диффузии диффузионная обработка может сделать переход между слоем химической инфильтрации и подложкой однородным;

(2) Диффузионный отжиг, сфероидизирующий отжиг, отпуск выполняются перед химической обработкой штамповой стали, чтобы полностью улучшить исходную структуру, что может эффективно предотвратить появление трещин отслаивания и гарантировать качество продукта.

5. Трещина в сетке

Глубина трещины относительно небольшая, обычно от 0,01 до 1,5 мм, она радиальная, она также известна как трещина. Основные причины:

(1) сырье имеет глубокий слой обезуглероживания, который удаляется охлаждающей резкой, готовая форма нагревается в печи с окислительной атмосферой, чтобы вызвать окислительное обезуглероживание;

(2) Металлическая структура обезуглероженного поверхностного слоя кристаллизатора отличается от структуры мартенсита стальной матрицы, отличается удельный объем.При закалке обезуглероженного поверхностного слоя стали возникает большое растягивающее напряжение. Поэтому поверхностный металл часто стягивается сеткой вдоль границы зерен. ;

(3) Исходный материал – крупнозернистая сталь, исходная структура – крупнозернистая, имеется крупный блочный феррит, который может быть устранен обычной закалкой, он остается в закаленной структуре, контроль температуры неточный, прибор выходит из строя , перегревается организация даже горит.Зерна укрупняются, теряется прочность сцепления границ зерен. Когда кристаллизатор охлаждается закалкой, карбиды стали выделяются по границам зерен аустенита. Предел прочности границ зерен значительно снижен, ударная вязкость низкая, хрупкость большая. расколоть.

Меры предосторожности:

(1) Строго проверяйте химический состав, дефектоскопию металлографической структуры сырья. Неквалифицированное сырье – в качестве материалов для форм следует использовать крупнозернистую сталь;

(2) мелкозернистая сталь вакуумная электропечная сталь, проверьте глубину слоя обезуглероживания сырья перед вводом в эксплуатацию.Припуск на холодную обработку должен быть больше глубины обезуглероженного слоя;

(3) Разработайте усовершенствованный разумный процесс термообработки, выберите микрокомпьютерный прибор для контроля температуры, точность контроля достигает ± 1,5 ℃, регулярно проверяйте прибор на месте;

(4) При обработке изделий из форм используются такие меры, как вакуумная электрическая печь, печь с защитной атмосферой, нагрев изделий из формы с помощью печи с полностью раскисленной солевой ванной для эффективного предотвращения образования сетевых трещин.

методы термообработки, результаты термообработки, нормализация, снятие напряжений, закалка, цементация, отпуск, науглероживание, отжиг, спекание

методы термообработки, результаты термообработки, нормализация, снятие напряжений, закалка, цементация, отпуск, науглероживание, отжиг, спекание


Основы термической обработки…
ТЕПЛООБРАБОТКА 101

Термическая обработка включает нагрев и охлаждение твердого металла или сплава в таким образом, чтобы получить желаемые условия или свойства. Обычно Конечным результатом является упрочнение металла, но это не всегда так.

Причины термообработки могут быть следующими:

  • Устранение напряжений, которые обычно возникают в начальной стадии обработка детали
  • Уточните зернистую структуру стали, используемой в детали
  • Повышает износостойкость поверхности детали за счет увеличения ее твердости, и, в то же время, повысить его устойчивость к ударам, сохраняя более мягкий и более гибкий сердечник
  • Улучшает свойства экономичной стали, делая ее возможность замены более дорогим материалом для снижения затрат в данном приложение
  • Повышение ударной вязкости за счет сочетания высокой прочности на разрыв и хорошая пластичность для повышения ударной вязкости
  • Улучшить режущие свойства инструментальных сталей
  • Улучшить электрические свойства
  • Изменить магнитные свойства
Вакуумная обработка

Отжиг

Снятие напряжения

Старение

Закалка

Закалка

Спекание

Обработка реторты

Нормализация

Снятие напряжения

Отжиг

Закалка

Старение

Закалка

Обработка воздуха

Нормализация

Снятие напряжения

Отжиг

Закалка

Старение

Закалка

Эндотермическая обработка

Закалка

Нормализация

Цементная закалка

Науглероживание

Карбонитрирование

Обработка нейтральной соли

Отжиг

Нормализация

Закалка

Криогенная обработка

Стабилизация ниже нуля

Снятие напряжения
Верх

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *