Способы повышения ударной вязкости стали

Металлические конструкции. Аварии и безопасность.

Повышение ударной вязкости

Образующийся при нагреве выше критических точек аустенит обладает искаженной кристаллической решеткой в связи с внутренним наклепом, обусловленным объемными изменениями, сопровождающими его образование.

Этот внутренний наклеп приводит к рекристаллизации аустенит, за которой следует обычный рост зерна (собирательная рекристаллизация)». В некоторых случаях облегчить ситуацию способен обычный растворитель. Купить растворитель можно даже в хозяйственном магазине.

Что касается изменения ударной вязкости перегретой стали, подвергнутой повторному нагреву выше критических температур, авторы указывают, что измельчение зерна микроструктуры (если излом остается крупнозернистым) еще не вызывает повышения ударной вязкости стали, которая остается при этом низкой.

Только более высокий нагрев, выше температуры рекристаллизации аустенита, способствующий измельчению зерна в изломе стали, вызывает значительное повышение ударной вязкости, несмотря на то, что зерно микроструктуры будет в это время укрупненным. Отсюда авторы делают заключение, что перекристаллизация стали (по-видимому; в смысле измельчения зерна в изломе) не обязательно связана с фазовыми превращениями, имеющими место при переходе через интервал Асх — Лс3.

«Действительная перекристаллизация есть физический процесс, заключающийся в изменении «кристаллической организации» и связанный с особой температурой — точкой Ъ Чернова».

Таким образом, признавая тождество точки Осмонда с ранее открытой Д. К- Черновым точкой а, вышеупомянутые авторы вводят различие между точкой Л3 Осмонда и точкой Ь Чернова.

Под точкой Л3 они понимают температуру конца фазового превращения — 7 («изменение химической структуры»), а под точкой Чернова — температуру рекристаллизации аустенита, сопровождаемой изменением вида кристаллического излома стали («изменение физической структуры»). О положении точки сами авторы пишут, что «эта температура часто (хотя и не всегда) лежит существенно выше точки Лс3».

Источник

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Повышение — вязкость — сталь

Повышение вязкости сталей достигается снижением содержания углерода ( до 0 4 — 0 6 %) и увеличением температуры отпуска. Стали 4ХС и 6ХС отпускают на твердость 52 — 55 HRC при температуре 240 — 270 С, которая несколько ниже температуры проявления отпускной хрупкости первого рода. Эти стали благодаря сохранению более мелкого зерна имеют несколько большую вязкость и предназначены для инструментов, работающих с повышенными ударными нагрузками. [1]

Повышение вязкости сталей типа Н18К9М5Т, перегретых при обработке давлением или предварительной закалке от 1200 С, достигается многократной закалкой. [3]

Для повышения вязкости стали , которая несколько понижается в результате распада остаточного аустенита, детали, обработанные холодом, подвергают старению при температуре 410 — 420 С. Чтобы несколько повысить уровень прочности, можно подвергать сталь предварительному однократному или двукратному отжигу при 650 С продолжительностью несколько часов. [4]

Улучшение применяется для повышения вязкости стали при сохранении высоких пределов прочности и текучести, обеспечения равномерной и стабильной кристаллической структуры, повышения чистоты поверхности детали при обработке ее резанием и уменьшения деформации детали при ее дальнейшей термической или термохимической обработке. Улучшению подвергаются детали из легированных и среднеуглеродистых сталей, работающие при высоких напряжениях и ударных нагрузках. [5]

Применение в шихте губчатого железа приводит к повышению вязкости стали , а следовательно, и проволоки и изделий из нее. [6]

В малых количествах способствует получению мелкозернистой структуры и повышению вязкости стали . Способствует сохранению твердости при отпуске. [7]

Наиболее эффективным и экономически целесообразным средством гарантии от хрупкого разрушения является повышение вязкости стали ( при наличии дефектов): некоторый прогресс был достигнут в этом направлении, но следует искать дальнейшие пути. Необходимо проводить дальнейшие исследования, чтобы найти экономичные способы повышения вязкости стали и установить соответствующий критерий. Пригодная для судов сталь должна быть способна выдерживать потенциальные инициаторы трещин, которые неизбежны в реальной конструкции судна, в интервале температур, определяемом условиями плавания. [8]

Двойная термическая обработка и высокий отпуск ( 500 — 680 С) называются улучшением и применяются для повышения вязкости стали . [10]

Исследован механизм a — vy превращения в мартенситостареющих сталях, связь явления охрупчивания сталей с высоким содержанием кобальта с процессами рекристаллизации, повышение вязкости сталей типа Н18К9М5Т в результате измельчения пластин мартенсита при многократной закалке. [11]

Заключительной операцией после цементации должен являться низкий отпуск при 160 — 200 С в течение 1 — 2 ч для уменьшения напряжений и повышения вязкости стали . [12]

Заключительной операцией после цементации должен являться низкий отпуск при 160 — 200 С в течение 1 — 2 ч для уменьшения напряжений и повышения вязкости стали . [13]

При всех вариантах термической обработки заключительной операцией является низкий отпуск при 160 — 200 С в течение 1 — 2 ч для уменьшения напряжений и некоторого повышения вязкости стали . [15]

Источник

Способ повышения ударной вязкости металлов

Владельцы патента RU 2695392:

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для восстановления и упрочнения деталей. Для повышения эксплуатационной стойкости изделий в индуктор устанавливают изделие, в котором образовались усталостные трещины, с помощью стяжных колец. В зависимости от материала задается величина прохождения токов. После установки изделия в индукторе начинают наводить ток, причем вихревые токи имеют перпендикулярное направление относительно трещин. В результате прохождения тока наиболее нагреваемой точкой является вершина трещины, соответственно, она наибольшим образом подвергается микрорасплавлению и «запеканию». 3 ил.

Изобретение относится к области металлообработки и может быть использовано для восстановления и упрочнения деталей.

На долговечность деталей в основном влияют их дефекты, в том числе технологические, которые в свою очередь снижают такую важную характеристику любого материала, как ударная вязкость. Именно она является основным показателем способности материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Дефекты, возникающие в процессе работы деталей в конструкции могут привести к возникновению и развитию усталостных трещин. Дефекты сплошности напрямую снижают усталостную прочность материала и долговечность деталей, снижая прочность и ресурс машин, а значит и ударную вязкость.

Известен способ упрочнения индукционной наплавкой деталей (патент РФ на изобретение №2138377, МПК В23K 13/01, B22D 19/00, опубл. 27.09.1999), включающий нанесение углублений на рабочие поверхности, заполнение их армирующим материалом и последующее нанесение на поверхность деталей порошковой шихты, при этом углубления армируют гранулированным сплавом карбидов вольфрама, а в качестве порошковой шихты используют смесь, включающую 80% кобальтового сплава и 20% боросодержащего флюса, при этом толщина слоя шихты составляет 2-3 мм при следующем соотношении сплава карбидов вольфрама и порошковой шихты, мас. %: Сплав карбидов вольфрама — 40-60, Порошковая шихта — 60-40.

Недостатком этого способа является использование дополнительных порошковых смесей и сплавов, которые наплавляются на нанесенные в детали углубления, т.е. способ больше служит для упрочнения деталей, работающих в абразиве в режимах ударов или больших динамических нагрузок, что не может подходить для деталей, служащих для других целей, и нуждающихся в сохранении поверхности без лишних шероховатостей и неровностей.

Наиболее близким аналогом является способ обработки изделий (патент РФ на изобретение №2068003, МПК C21D 1/04, C21D 7/06, опубл. 20.10.1996), включающий охлаждение в жидком азоте, причем, с целью повышения эксплуатационной стойкости, после охлаждения изделие дополнительно подвергают обработке магнитным периодическим полем напряженностью менее 10 6 А/м.

Недостатком описанного способа является практическое отсутствие эффекта упрочнения для хорошо закаленного изделия, а также необходимость использования жидкого азота, который требует определенных условий для хранения.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение эксплуатационной стойкости изделий.

Поставленная задача решается за счет того, что способ повышения ударной вязкости металлов, включающий воздействие на обрабатываемую поверхность изделий производят импульсным магнитным полем, причем наведенные в изделии вихревые токи имеют перпендикулярное, образовавшимся усталостным трещинам на поверхности изделия, направление, а величина вихревых токов при воздействии на трещины имеет значение, обеспечивающее микрорасплавление металла в вершинах этих трещин.

Воздействие импульсным магнитным полем (ИМП) с наведенными в изделии вихревыми токами перпендикулярными трещинам позволяет свести к минимуму дальнейшее развитие этих трещин, что прямо влияет на эксплуатационную стойкость изделия.

Величина вихревых токов должна быть регулируема таким образом, чтобы обеспечивать только микрорасплавление металла в вершинах трещин. Если силы токов будут слишком велики, то может произойти общий перегрев образца, а радиальные электродинамические силы могут привести к общему разрушению изделия.

Устройство для реализации способа представлено следующими чертежами:

— на фиг. 1 изображен разрез вида спереди схемы устройства для реализации способа;

— на фиг. 2 изображен разрез вида слева схемы устройства для реализации способа;

— на фиг. 3 показано движение вихревых токов в районе трещины.

Устройство содержит индуктор 1, подключенный к магнитно-импульсной установке (МИУ) и содержащий токопровод 2, стяжные кольца 3 и изделие 4.

Реализацию способа осуществляют в изобретении следующим образом.

В индуктор 1 устанавливают изделие 4, в котором образовались усталостные трещины, с помощью стяжных колец 3. В зависимости от материала задается величина прохождения токов. После установки изделия 4 в индукторе 1 начинают наводить ток, причем вихревые токи имеют перпендикулярное направление относительно трещин. В результате прохождения тока наиболее нагреваемой точкой является вершина трещины, соответственно она наибольшим образом подвергается микрорасплавлению и «запеканию». Для материала марки 30ХГСА наиболее подходящим для цели повышения ударной вязкости и «запекания» трещин является ток, величина которого составляет 84-100 кА, а для материала АМГ6 от 20 кА до 40 кА.

Способ восстановления деталей с поверхностными трещинами, включающий воздействие на обрабатываемую поверхность изделий магнитным полем, отличающийся тем, что воздействие производят импульсным магнитным полем, при этом изделие зажимают стяжными кольцами в индукторе таким образом, чтобы вихревые токи имели перпендикулярное направление образовавшимся усталостным трещинам на поверхности изделия, а величина вихревых токов при воздействии на трещины имеет значение от 20 кА до 100 кА.

Источник

автореферат диссертации по обработке конструкционных материалов в машиностроении, 05.03.06, диссертация на тему: Повышение ударной вязкости сварных соединений из сталей перлитного и аустенитного классов

Автореферат диссертации по теме «Повышение ударной вязкости сварных соединений из сталей перлитного и аустенитного классов»

МИНИСТРЕСТВО ОБЩЕГО И ПРСФЕССШНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РФ

НОВОЧЕРКАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОЛГОДОНСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ПОНОМАРЕВ АЛЕКСАНДР ИВАНОВИЧ

ПОВЫШЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ГО СТАЛЕЙ ПЕРЛИТНОГО И АУСТЕНИГНОГО КЛАССОВ

Специальность: 05.03.06 — Технология и машины

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Работа выполнялась в Волгодонском институте Новочеркасского государственного технического университета

Научный руководитель — доктор технических наук

Официальные оппоненты • — доктор технических наук

профессор Ленивкин В. А

— кандидат технических наук Ронский В. Л.

Ведущее предприятие — АО » Красный котельщик «

Запш 1а диссертационной работы состоится 1 июля 1997 года в 13 часов на заседашш диссертационного совета Д 063. 27. 04. при Донском государственном техническом университете по адрес)’: 344010, г. Ростов на Дону пл. Гагарина, ДГТУ

Ваши отзывы в двух экземплярах, заверенных печатью, просим высылать по указанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-техгшческой библиотеке университета

Автореферат разослан 29. 05.1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета, кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРА1 & да А

а — угол наклона изделия к горизонтали; 5- толщина изделия ; 1 2 -Д;зя=34 ;

— область сварки разработанным способом

10 20 30 40 30 60 70 80 90 Рис. 2. Область сварки разработанным способом

Рассмотрены некоторые особенности способа, определяющие шетше свойств металла. Так как нормалгоовшшая структура пля шва является наиболее благоприятной с точки зрения

улучшения свойств, определены условия 100%-ой нормализации металла шва при сварке разработанным способом (рис. 3).

Рассмотрены режимы сварки, обеспечивающие 100%-ую нормализацию выполненного ранее слоя.

Рис. 3. Отношение глубины провара к толщине наплавленного слоя

Показано, что при оптимальной величине зазора между свариваемыми кромками (13 —18-20 мм) толщина формирующихся слоев не превышает 4 мм. При использовании предельно допустимых токов протяженность зоны нормализации превышает толщину каждого слоя в шве, что обеспечивает нормализацию всего сечения шва и его термоциклическую обработку. При этом, на режимах, обеспечивающих 100%-ую нормализацию достигается 4-5 кратное его переплавление, что обеспечивает высокий уровень рафинирования шва. • .•■•»•

Возвратно-поступательные перемещения мощного источника теплоты вдоль ¡фомок обеспечивают сопутствующие процессу сварки многократное рафинирование металла, его нормализацию и термоциклическую обработку с глубиной термоциклирования достаточной для обеспечения протекания структурных превращений в металле (рис. 4). Колргчество циклов обработки возрастает при увеличении мощности дуги и величины зазора.

Запись термических циклов показывает, что на используемых режимах сварки металла шва подвергается не менее, чем 3-м циклам ТЦО. Это является достаточным для повышения дисперсности и однородности структуры металла сварного соединения.

Рис. 4. Термический цикл при сварке разработанным способов

Таким образом, практически, все приемы, улучшающие свойства сварного соединения, используются при реализации данного способа сварки.

Разработана методика расчета режима сварки разработанным способом и программа для выбора параметров режима, работающая в диалоговом режиме.

Третья глава посвящена исследованию свойств металла шва при сварке различным способами; показано влияние сопутствующей процессу сварки обработка металла шва на его свойства; рассмотрены особенности процесса сварки, влияющие на повышение технологической прочности металла шва; даны технологические рекомендации по применешоо нового способа сварки.

Микроструктура металла шва, полученного при автоматической дуговой сварке под флюсом с продольными колебаниями электрода относительно стыка, характеризуется отсутствием протяженных границ дендритов, измельчением зерен и однородностью структуры

по всему сечению шва Поэтому данная структура металла шва имеет более высокие показатели свойств в сравнении с другими структурами полученными при сварке другими способами (табл. 1).

Механические свойства при сварке различными способами

:аль Способ сварки МЪ От, МПа 5, % Ч>> % KCU, Дж/см2

22К Осн. Металл 480 270 28 64 60 —

АДФ 490 320 29 63 70 —

ЭШС 590 350 29 67 45 —

Ас. № 1745458 520 320 34 72 130 —

?Г2С Осн. Металл 460 300 21 71 — 35

АДФ 550 400 24 59 — 51

эшс 540 360 23 59 — 31

Ас. № 1745458 540 390 32 76 — 125

примечание: в табл. приведены средние значения по результатам 5-7 испытаний.

Наиболее заметно увеличивается ударная вязкость при низких емпературах. Так, при сварке стали 16Г2АФ разработанным ягособом ударная вязкость при минус 70°С составляет 65 Док/см*, в га время, как при РДС — 14 Дж/см2, при ЭШС — 8 Док/сл?, при АДФ -17 Дэн/сл?. Повышению ударной вязкости способствует рафинирование металла шва, его нормализация и термоциклическая обработка.

Повышение технологической прочности показано на примере сварки глубокоаустенитной стали 03Х20Н16АГ6, разработанной институтом им. Е.О. Патона для работы при температурах, близких к минус 270° С. Основным дефектом при сварке данной стали являются горячие трещины по оси шва. Варьирование режимами сварки и температурой охлаждения предыдущего валика не дает положительных результатов при использовании РДС и АДФ.

Отсутствие горячих трещин при сварке данной стали наблюдается только при сварке разработанным способом .

Данные микроструктуры и результаты исследований, проведенных на мткроренттеноспекгральном анализаторе «САМЕВАХ», показывают, что разрушение металла 1пва при РДС и АДФ происходит по границам дендритов, насыщенным карбидами типа СУ/?А* и имеет хрупкий характер. Разрушение металла шва при сварке разработанным способом является вязким.

Установлено влияние термоциклической обработки на свойства металла шва. В отличне от обычных методов термической обработки при ТЦО появляются дополнительные источники воздействия на структуру, свойствашые только процессу непрерывного изменения температуры. Особая роль ТЦО проявляется в том, что она дает развитие процессам диффузионного перемещения атомов, что приводит к изменению размеров и формы избытошгых фаз, внутриобьёмному перераспределегапо химических элементов, а вследствие этого, к изменению структуры металла, повышению его дисперсности и однородности.

Данные о химической неоднородности металла шва при сварке стал г 03Х20Н16АГ6 различными способами подтверждают увегагаение равномерности распределения легирующих элементов по сечению шва при сварке разработанным способом.

Эффект термоцшслнческой обработки основан на накапливают! структурных превращений в результат большого количества циклов обработки. Так, если при обычных видах ТО, включающих изотермические выдержки, стр\тстура характеризуется начальным и конечным состояниями, то при ТЦО структура перед каждым новым циклом разная, что влияет на условия прохождения последующих фазовых превращешш, их механизм и кинетику. При этом металл может приобретать структуру, которая недостижима при обычных видах ТО.

В главе 3 даны технологические рекомендации по выбору необходимых сварочных материалов, основного и вспомогательного оборудования, техники сварки.

Четвертая глава посвящена выбору сварочного оборудования, технологии сварки различных швов; внедрению разработанного способа сварки в производство.

Разработана it испытана электрическая схема управления движения сварочной головки, обеспечивающая возвратно-поступательные перемещали электрода вдоль стыка и перемещения сварочной головки вдоль наклонной поверхности изделия. Отработана техника выполнения различных швов (продольных, кольцевых и компактных сечений). Определены области применения разработанного способа сварки.

Способ реализован в условиях АО «Атоммаш» при сварке продольных стыков клапанов РПК 175, РПК 250, карт днищ и заготовок обечаек при изготовлешш воздухосборника и сепаратора большого давления тепловых сетей, а также направляющих больших размеров при изготовлешш направляющих ворот и рельсов установок для запуска ракет многоразового использования.

1. Высокий уровень требований к сварным соединениям при изготовлении ответственных металлоконструкций, производство которых регламентируется правилами и нормами безопасной эксплуатации при работе в активных средах, под давлением, в вакууме, при высоких и низких температурах, ограничивает применение регламентированных способов сварки вследствие недостаточно высокого уровня ударной вязкости металла шва и технологической прочности сварного соединения.

2. Увеличение ударной вязкости металла шва достигается в результате:

— нормализации металла, обеспечивающей, измельчение его грубой дендритной структуры;

— рафинирующего переплава, обеспечивающего удаление из металла вредных примесей, растворенных газов и неметаллических включений;

— термоциклической обработки, обеспечивающей повышение структурной и химической однородности металла.

3. Количество циклов рафинирующего переплава, выполняемого совместно с процессом сварки, определяется отношением глубины проплавления металла к толщине слоев,

которыми осуществляется заполнение зазора между свариваемыми кромками.

4. Совместная с процессом сварки нормализация всего сечения хива достигается в результате большей протяженности участка нормализации, чем вьюота каждого из слоев шва, а амплЕпуда продольных колебаний электрода, с целью исключения возможности перехода процесса в ванно-дуговой, превышает две длины сварочной ванны

5. Степень нормализации металла шва возрастает при увеличении зазора в стыке. <Три величине, зазора более 14,2 мм обеспечивается нормализация всего сечения шва

6.Температура свариваемых кромок в момент заполнения зазора, исключающая несплавлшие с кромкой, достигается когда амплитуда продольных колебаний душ равна 2-3 длинам сварс шоп ванны

7 Количество цшстор, термощжлической обработки металла, проводимой в процессе сварки, увеличивается за счет повышая отношение глубины противления основного металла к высоте слоев, которыми заполняется разделка.

. 8. Разработан новый вьк»коэффеэшгоный способ автоматической дуговой сварки под флюсом (Ас. № 1745458), обеспечиваю)шп? многократное рафинирование и нормализацию металла шва, а также его термошжлическую обработку. Сварка по данному способу реализуется в результате возвратно-пос1упате.’1ьнььч перемещений электрода в горизонтальной гогоскосп! и заполнения отдельными валиками гаратированного зазора между’ кромками изделия, рааюложенного в наклонном положении. Угол наклона изделия выбирается в зависимости от его толщины.

9. Уровень механических свойств металла шва при сварке разработанным способом сталей перлитного класса превышает аналогичные показатели для основного металла, а ударная вязкость металла шва, особенно при низких температурах, более чем в 2 раза превышает эти значения при сварке толстолистовых конструкций другими известными способами. При сварке сталей с повышенным запасом аустешгтносш разработанным способом обешештается повышение и технологической прочности швов.

10. Разработанный способ рекомендуется для сварки продольных стыковых швов и компактных сечений, а при возможности эффективного начала и окончания шва — и для сварки кольцевых стыковых швов. Разработанная технология и модернизированное оборудование для сварки прошли апробацию в

производственных условиях АО «Атоммаш» при изготовлении карт днищ, заготовок обечаек и направляющих большого сечения.

Основные положения диссертации отражены в следующих работах:

1. А. с. 1745458 СССР, МКИ В 23 К9/173. Способ однопроходной механизированной сварки /А И Шшяев, А И. Пономарев, Ю.Н Опарин (СССР). — 4782380; Заявл. 15.01.90; Опубл. -7.07.92, Еюл. № 25. — 5 с.

2. А И Пономарев, Б. Л. Боженко. Прогрессивная технология дуговой сварки под флюсом толстолистовых металлоконструкций: Материалы между нар. науч. — техн. конф., 10-13 сснт. «Современные проблемы машиностроения и технический прогресс». — Донецк: Дон, ГТУ, 1996 — С. 188.

3. А. И. Пономарев, Б. Л. Боженко. Методика выбора параметров режима дуговой сварки под флюсом конструкций из низколегированных сталей большой толщины с продольными относительно стыка колебаниями электрода /Проблемы сварочных технологий: Тр. Волгодонского института НГТУ. — Новочеркасск, 1996. — Вып. 1. — С. 160-163.

4. А. И Пономарев, Б. Л. Боженко. Повышение прочности сварных соединений большой толщины /Сварочное производство. -1996 — № 12. — С. 23-25.

5. АИ. Пономарев, Б.Л. Боженко. Повышение механических свойств металла шва при сварке толстолистовых металлоконструкций: Тез докл. 9-й научн. конф. Волгодонского института НГТУ. — Новочеркасск: НГТУ, 1996. — С. 23-24.

Источник