Полный текст

В современном машиностроении существует потребность в материалах, обладающих высоким уровнем механических свойств, которые определяются химическим составом и структурой. Базовым параметром структуры является размер аустенитного зерна. Перспективной группой материалов являются системно легированные стали типа ХН3МФС и Х3Г3МФС, так как при проведении термической обработки этих сталей можно получить структуру беcкарбидного бейнита [1], обладающего достаточно высокой прочностью, за счет структуры бейнита, и высокой пластичностью, за счет остаточного аустенита. В результате ранее проведенных дилатометрических исследований было установлено, что критическая точка Ас3 у этой группы сталей находится на уровне 950 °С. Данные стали целесообразно исследовать на склонность к перегреву при температурах выше Ас3. Научное исследование в этом направлении позволит выбрать стали с таким химическим составом, у которых склонность к перегреву будет минимальной. Целью данной работы является исследование склонности к перегреву сталей систем легирования Х3Г3МФС и ХН3МФС. Материалы и методы исследования. В работе исследовали стали марок 25Х3Г3МФС, 25Х3Г3МФС2, 45Х3Г3МФС, 45Х3Г3МФС2, 75Х3Г3МФС, 75Х3Г3МФС2, 25ХН3МФС, 25ХН3МФС2, 45ХН3МФС, 45ХН3МФС2, 75ХН3МФС, 75ХН3МФС2, химический состав которых приведен в табл. 1. Таблица 1 Химический состав исследуемых сталей, мас. % Марка стали C Si Mn Cr Mo Ni V 25Х3Г3МФС 0,318 1,57 2,38 2,87 0,626 0,378 0,159 25Х3Г3МФС2 0,317 > 2,50 2,41 2,87 0,597 0,349 0,154 45Х3Г3МФС 0,430 1,73 2,32 2,66 0,463 0,506 0,130 45Х3Г3МФС2 0,421 2,66 2,48 2,67 0,485 0,409 0,096 75Х3Г3МФС 0,712 1,64 2,47 2,74 0,476 0,456 0,128 75Х3Г3МФС2 0,724 2,76 2,52 2,79 0,497 0,437 0,115 25ХН3МФС 0,304 1,61 2,68 2,85 0,501 0,490 0,128 25ХН3МФС2 0,313 2,96 2,57 2,77 0,512 0,530 0,122 45ХН3МФС 0,425 1,57 0,287 1,74 0,479 3,12 0,159 45ХН3МФС2 0,411 > 2,50 0,297 1,73 0,469 3,04 0,0631 75ХН3МФС 0,695 1,68 0,320 1,14 0,477 2,50 0,144 75ХН3МФС2 0,678 2,94 0,294 1,24 0,496 3,24 0,0842 При исследовании образцы сталей, подготовленные по методике [2], подвергали нагреву до температур 1000, 1050, 1100, 1150 и 1200 ºС, выдержке 30 мин и последующему охлаждению на воздухе. В результате получили зерно аустенита [3] различного размера. Микрошлифы изготавливали в несколько этапов: на абразивных шкурках Р240, Р320, Р600, Р1200, Р2000 последовательно сошлифовывали поверхностный слой до момента удаления следов от предыдущей шкурки со сменой направления шлифования на 90°. Полировку поверхности образца производили на полировочном круге с использованием сукна и алмазной пасты. После полирования образец промывали водой, обезжиривали тампоном, смоченном в спирте, и сушили фильтровальной бумагой. Далее полированную поверхность образца подвергали травлению 4%-ным раствором азотной кислоты в этиловом спирте. Косой шлиф после термической обработки изготавливали таким же образом, но под углом к исходной поверхности. Металлографический анализ проводили на травленых косых микрошлифах с использованием светового микроскопа Olympus GX 51 и Neophot-32 при увеличении до 1000 крат. Размер зерна определяли с помощью программы Olympus Stream Motion. На полученных изображениях поверхности исследуемого материала измеряли средний размер аустенитного зерна, для этого произвольно размещали несколько отрезков длиной L на снимок измеряемого образца и подсчитывали размер отдельно взятого зерна. Средний размер аустенитного зерна определяли по формуле lср = (l1 + l2 + … + ln)/n, где l - размер зерна, мм; n - число измерений. Затем проводили замеры не менее 20 наиболее типичных зерен на каждом изображении, в общем случае не менее 50 раз. Результаты исследования и их обсуждение. По результатам металлографического анализа сталей с системами легирования Х3Г3МФС и ХН3МФС после перегревов до различных температур получили изображения зеренной структуры аустенита (рис. 1, 2). Рис. 1. Зеренная структура аустенита сталей 25Х3Г3МФС (а-в), 25Х3Г3МФС2 (г-е), 45Х3Г3МФС (ж-и), 45Х3Г3МФС2 (к-м), 75Х3Г3МФС (н-п) и 75Х3Г3МФС2 после нагрева до температур: а, г, ж, к, н, р - 1000 °С; б, д, з, л, о, с - 1100 °С; в, е, и, м, п, т - 1200 °С (см. также с. 85) и з ж 60 мкм 60 мкм л к 30 мкм 30 мкм 150 мкм 60 мкм м 60 мкм н о 60 мкм 60 мкм п 150 мкм р с 150 мкм 150 мкм т Рис. 1. Окончание р к 60 мкм 30 мкм 60 мкм 60 мкм 30 мкм 30 мкм м л и з ж 60 мкм 150 мкм 60 мкм 60 мкм 60 мкм 60 мкм е д г в б а Рис. 2. Зеренная структура аустенита сталей 25ХН3МФС (а-в), 25ХН3МФС2 (г-е), 45ХН3МФС (ж-и), 45ХН3МФС2 (к-м), 75ХН3МФС (н-п), 75ХН3МФС2 (р-т) после нарева до температур: а, г, ж, к, н, р - 1000 °С; б, д, з, л, о, с - 1100 °С; в, е, и, м, п, т - 1200 °С (см. также с. 87) Рис. 2. Окончание Средние значения размеров аустенитных зерен и доверительные интервалы, полученные в результате статистического анализа структур сталей с системой легирования Х3Г3МФС (рис. 1), представлены в табл. 2, а для случая сталей с системой легирования ХН3МФС (рис. 2) - в табл. 3. Таблица 2 Средние размеры зерен аустенита и доверительные интервалы для сталей с системой легирования Х3Г3МФС после нагрева до различных температур, d ± ∆d, мкм Марка стали 1000 °С 1050 °С 1100 °С 1150 °С 1200 °С 25Х3Г3МФС 35 ± 3 25 ± 3 36 ± 3 57 ± 4 154 ± 5 25Х3Г3МФС2 31 ± 4 33 ± 4 24 ± 2 32 ± 3 46 ± 3 45Х3Г3МФС 21 ± 2 22 ± 2 27 ± 2 46 ± 4 157 ± 6 45Х3Г3МФС2 62 ± 4 23 ± 3 37 ± 4 42 ± 2 96 ± 6 75Х3Г3МФС 33 ± 1 29 ± 2 65 ± 3 130 ± 2 215 ± 2 75Х3Г3МФС2 65 ± 2 34 ± 3 71 ± 4 71 ± 3 87 ± 4 Таблица 3 Средние размеры зерен аустенита и доверительные интервалы для сталей с системой легирования ХН3МФС после нагрева до различных температур, d ± ∆d, мкм Марка стали 1000 °С 1050 °С 1100 °С 1150 °С 1200 °С 25ХН3МФС 26 ± 2 23 ± 2 41 ± 3 71 ± 5 97 ± 3 25ХН3МФС2 54 ± 4 26 ± 3 25 ± 3 29 ± 3 54 ± 3 45ХН3МФС 22 ± 2 20 ± 3 36 ± 3 69 ± 4 106 ± 6 45ХН3МФС2 74 ± 4 40 ± 2 42 ± 3 45 ± 4 64 ± 4 75ХН3МФС 26 ± 4 23 ± 2 28 ± 3 48 ± 4 55 ± 4 75ХН3МФС2 47 ± 4 30 ± 2 39 ± 3 31 ± 4 116 ± 4 В результате исследований было обнаружено, что у сталей 25Х3Г3МФС, 45Х3Г3МФС2 и 75Х3Г3МФС2 средний размер аустенитного зерна в интервале температур нагрева 1000-1050 °С уменьшается, что объясняется прошедшей в этом интервале температур рекристаллизацией восстановленного исходного аустенитного зерна [4, 5]. В стали 25Х3Г3МФС2 обнаружена рекристаллизация аустенита в интервале более высоких температур, 1050-1100 °С. Более высокая температура рекристаллизации этой стали по сравнению со сталями 45Х3Г3МФС2 и 75Х3Г3МФС2 обусловлена меньшим содержанием углерода, а в сравнении со сталями 25Х3Г3МФС и 75Х3Г3МФС - увеличенным содержанием кремния. В ходе испытаний было установлено, что в сталях 25ХН3МФС2, 45ХН3МФС2 и 75ХН3МФС2 температура рекристаллизации находится в интервале 1000-1050 °С, т.е. рекристаллизация происходит при более высоких температурах по сравнению со сталями 25ХН3МФС, 45ХН3МФС и 75ХН3МФС, у которых рекристаллизации аустенита в исследованном интервале температур не обнаружено. Повышение температуры рекристаллизации аустенита в сталях 25ХН3МФС2, 45ХН3МФС2 и 75ХН3МФС2 вызвано увеличенным содержанием кремния в составе. По результатам исследования были построены графики зависимости среднего размера аустенитного зерна от температуры нагрева для сталей с системой легирования Х3Г3МФС и ХН3МФС (рис. 3). а б Рис. 3. Зависимость среднего аустенитного зерна от температуры нагрева сталей с системой легирования Х3Г3МФС (а) и ХН3МФС (б) Анализируя полученные данные, можно сказать, что наибольшую склонность к росту аустенитного зерна при нагреве показали стали 75Х3Г3МФС, 45Х3Г3МФС, 25Х3Г3МФС, 75ХН3МФС, 45ХН3МФС и 25ХН3МФС. Наименьшую склонность к перегреву имеют стали 25Х3Г3МФС2 и 25ХН3МФС2, так как при перегреве, в области температур 1100-1200 °С, у этих сталей наблюдается наименьший размер зерна в своих системах легирования. По результатам металлографических исследований сталей систем легирования Х3Г3МФС и ХН3МФС можно сделать вывод о том, что при повышении содержания кремния температура рекристаллизации аустенита повышается. При повышении содержания углерода в сталях системы Х3Г3МФС наблюдается также рост температуры рекристаллизации аустенита, однако в сталях системы легирования ХН3МФС такой закономерности не выявлено. В ходе проведенных исследований установлено, что плавки 25Х3Г3МФС2 и 25ХН3МФС2 наименее склонны к перегреву.

Об авторах

А. А Абросимова

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Д. О Панов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Ю. Н Симонов

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Список литературы

Статистика

Просмотры

Аннотация - 41

PDF (Russian) - 47

Ссылки

• Ссылки не определены.