Библиографическое описание:

Габельченко Н. И., Хантимирова С. Б., Мишустин О. А. Повышение качества отливок из стали 110Г13Л путем оптимизации режима термической обработки // Техника. Технологии. Инженерия. — 2018. — №1. — С. 21-24. — URL https://moluch.ru/th/8/archive/76/3026/ (дата обращения: 23.02.2018).



В работе показано, что для повышения качества отливок из стали 110Г13Л при назначении режима термической обработки необходимо учитывать существование области гомогенности цементита и добиваться формирования при кристаллизации отливок метастабильных карбидов цементитного типа, легко растворяемых при последующих нагревах.

Ключевые слова: сталь, карбиды, область гомогенности цементита, термическая обработка.

На сегодняшний день в связи с одним из важнейших направлений повышения качества металлопродукции является необходимость получения гарантированных и стабильных механических и эксплуатационных характеристик, что требует совершенствования существующих и поиска новых научно–технических и технологических решений.

Применительно к высокомарганцевым сталям аустенитного класса, серьезной проблемой является получение гомогенной структуры, свободной от карбидов цементитного типа, так как стандартная термообработка по ГОСТ 977–88 не всегда приводит к их устранению. Основной причиной является формирование при кристаллизации стабильных карбидов нестехиометрического состава, содержащих менее 6,67 % углерода [1]. Такие карбиды в отличии от карбидов стехиометрического состава имеют меньшую термодинамическую активность по углероду и не растворяются при проведении стандартной термической обработки.

Поэтому целью работы было выявить условия формирования в железоуглеродистых сплавах карбидов цементитного типа и разработать мероприятия по переводу стабильных карбидов, с недостатком по углероду, в метастабильные стехиометрического состава.

Объектом исследования была выбрана сталь 110Г13Л, как наиболее подверженная образованию карбидов в литом состоянии и как следствие, имеющая высокий процент брака в производстве из-за неэффективности стандартного режима термической обработки.

Для выявления причины данного явления необходимо было проанализировать образование карбидной фазы опираясь на диаграмму состояния железо-углерод, с обозначенной на ней областью гомогенности цементита. В области гомогенности цементита, которая характеризующаяся снижением растворимости углерода при повышении температуры, углерод имеет различные значения термодинамической активности для стехиометрической и не стехиометрической концентрации. Следовательно, карбид железа стехиометрического состава, т. е. содержащий 6,67 %C, имеет максимальную термодинамическую активность углерода и поэтому, как наиболее метастабильное соединение, легко распадается при последующих нагревах [2,3,4].

С целью выявления температурно-временных параметров образования карбидной фазы были проведены исследования для определения начальной температуры изменения морфологии карбидов в исследуемых образцах стали 110Г13Л.

Для этого образцы нагревались в термической печи и исследовались на оптическом микроскопе. Нагрев производился со скоростью 10 град/мин с выдержкой 15 минут, через каждые 50°С, от начальной температурой нагрева 100ºС.

При температурах 100–600°С изменений в структуре образцов не наблюдалось (рис. 1).

Рис. 1. Микроструктура образца при температурах 100–600°С

Началу изменения морфологии карбидов в стали 110Г13Л соответствовала температура 650°С (рис. 2). Так как процессы нагрева и охлаждения, кристаллизации и плавления в железоуглеродистых сплавах являются однотипными по своей природе, только с обратным знаком, то можно заключить, что при охлаждении сплавов, содержащих карбиды, какие-либо изменения в их составе могут протекать только до температуры 650ºС. Поэтому, при получении литых заготовок и изделий желательно не проводить выбивку отливок из формы до достижения ими этой температуры. Только в этом случае можно гарантировать, что в металле отливки полностью завершаться процессы структурообразования в целом и карбидообразования в частности. И проводимая по ГОСТ 977–88 термическая обработка позволит получить чисто аустенитную структуру.

Рис. 2. Микроструктура образца при температуре 650°С

В противном случае в металле отливки подвергшейся ранней выбивке образуются карбиды нестехиометрического состава, с низкой термодинамической активностью, которые не растворяются при стандартной термической обработке по ГОСТ 977–88. Это приводит к наличию в аустенитной структуре стали 110Г13Л включений цементитного типа, что в свою очередь снижает механические и эксплуатационные характеристики конечного изделия.

Для этих случаев был предложен скорректированный режим термической обработки (рис. 3), который отличается от стандартного наличием изотермической выдержки в режиме нагрева при температуре 650–700°C.

Описание: C:\Users\09\Desktop\Отправить статью по металлургии\Схема.jpg

Рис. 3. Схема скорректированного режима термической обработки для стали 110Г13Л.

Время изотермической выдержки зависит от размеров и конфигурации отливок и подбирается в каждом случае индивидуально [5]. Во время выдержки в литой структуре отливки изменяется состав карбидов цементитного типа, которые будут иметь стехиометрический состав, с содержанием углерода 6,67 %, они будут метастабильные, легко растворяемые при последующих нагревах.

Разработанный режим термической обработки для отливок из стали 110Г13Л, содержит следующие этапы:

  1. Медленный нагрев отливки до температуры 650–700°C
  2. Изотермическая выдержка в течение времени, соответствующего толщине и конфигурации отливки.
  3. Скоростной нагрев до температуры закалки 1100–1150°C.
  4. Выдержка при температуре закалки в течение времени, соответствующего толщине и конфигурации отливки.
  5. Охлаждение отливки в воде.

Таким образом, используя полученные сведения о температурных параметрах формирования карбидов цементитного типа необходимо при разработке технологии производства отливок придерживаться соблюдения температуры выбивки из формы не выше 650°C. Только в этом случае в литой структуре отливки полностью пройдут процессы карбидообразования и карбиды цементитного типа будут иметь стехиометрический состав, с содержанием углерода 6,67 %, они будут метастабильные, легко растворяемые при последующих нагревах. В случае, если соблюдать выдержку при выбивке отливок не представляется возможным, рекомендуется использовать скорректированный режим термической обработки по предложенной методике.

Литература:

  1. Ильинский, В. А. Природа пониженной пластичности стальных отливок / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Е. Ю. Карпова // Литейное производство. — 1997. — № 5. — С. 19–21.
  2. Жуков, А. А. О термодинамической активности компонентов сплавов / А. А. Жуков, М. А. Криштал // Металловедение и термическая обработка металлов. — 1975. — № 7. — С. 70–76.
  3. Диаграммы состояний двойных и многокомпонентных систем на основе железа / гл. ред. О. А. Банных. — Москва: Металлургия, 1986. — 440с.
  4. Розанов, А. Н. Структура и свойства цементита / А. Н. Розанов // Металловедение и современные методы термической обработки чугуна: сб. науч. тр. / Машгиз. — Москва, 1955. — С. 29–32.
  5. Габельченко Н. И. Получение гомогенной аустенитной структуры в отливках из стали 110Г13Л / Н. И. Габельченко, Ю. В. Гребнев, Н. В. Волкова, А. А. Зенин // Изв. ВолгГТУ. Серия «Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении». Вып. 4:межвуз. сб. науч. ст. / ВолгГТУ. — Волгоград, 2010. — № 4. — C. 151–154.
Основные термины (генерируются автоматически): термической обработки, карбидов цементитного типа, режима термической обработки, режим термической обработки, последующих нагревах, скорректированный режим термической, изменения морфологии карбидов, гомогенности цементита, стехиометрического состава, литой структуре отливки, стабильных карбидов, термическая обработка, стандартной термической, отливок метастабильных карбидов, карбидов стехиометрического состава, кристаллизации стабильных карбидов, области гомогенности цементита, сплавах карбидов цементитного, стандартной термической обработки, конфигурации отливки.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Посетите сайты наших проектов

Задать вопрос