WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |

Сварные соединения (СС) горячекатанных образцов имеют хорошее сочетание механических свойств (0,2 =600-630 МПа, в =846-887 МПа, =40-42%, KCU=1,8 – 1,9 МДж/м2. В сварных швах (СШ) сплава структура неоднородная. У линии сплавления шва формируется развитая ячеистая структура, а в центральной части шва – типично дендритная или ячеисто-дендритная, образование которой связано с пониженной скоростью охлаждения этой зоны шва. Получение равных значений прочности и вязкости СС и основного металла обеспечивается при минимальном изменении структуры сплава в зоне термического влияния сварки. В ЗТВ сплава наблюдали две зоны с различной структурой: 1 – околошовная зона, где наблюдается рост зерна и 2 – зона, в которой выделяется нитридная фаза. Радиографический контроль СШ не обнаружил дефектов типа пор из-за высокой растворимости азота в расплаве этого сплава. Азот распределен равномерно в СШ и в ЗТВ. Сравнение механических свойств сварных и не сварных образцов после ковки, ковки и закалки от 1100оС показало, что они имеют практически одинаковый уровень прочности. Закалка от 1100оС кованых образцов до или после сварки увеличивает полную работу разрушения (А), работу зарождения (Аз) и распространения (Ар) трещин при испытании на ударную вязкость (табл.4).

Табл 4. Характеристики разрушения (А, Аз и Ар) кованых образцов СС сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф после закалки от 1100оС до и после сварки.

Обработка

Аз

Ар

А

Дж

сварка

61,4

90,6

152,0

закалка + сварка

64,6

99,4

164,0

сварка + закалка

89,7

147,3

237,0

закалка + сварка + закалка

122,6

154,4

277,0

При исследовании обрабатываемости резанием сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф при точении без охлаждающей жидкости изучена структура поверхностных слоев заготовок. В процессе резания эти слои подвергаются значительной пластической деформации. В поверхностном слое глубиной около 5 мкм наблюдали текстурованную структуру, которая представляет собой полосы скольжения, ориентированные относительно движения резца. Плотность полос скольжения и твердость в этом слое увеличиваются в направлении движения резца, что связано с величиной пластической деформации в процессе резания. В структуре слоя, который расположен на глубине от 5 до 20 мкм от поверхности обработанной точением заготовки, наблюдали аустенитные зерна с большим количеством тонких деформационных двойников. Твердость этого слоя, по сравнению с поверхностным слоем глубиной до 5 мкм, значительно меньше. Обрабатываемость резанием при точении кованых заготовок зависит от режимов резания. При низкой скорости резания 9,5 м/мин обработка заготовки затруднительна из-за образования большого нароста на режущей кромке резца, приводящего к его поломке. Увеличение скорости резания от 9,5 до 21-74 м/мин при глубине резания (h) от 0,25 до 0,75 мм и подаче (S) от 0,15 до 0,60 мм/об. приводит к повышению стойкости резцов. При таких режимах резания налипание металла на инструмент отсутствует, стружка светлая и сходит с обрабатываемой заготовки в виде «чешуек». Из-за большого наклепа металла при точении твердость в поверхностном слое глубиной около 5 мкм, по сравнению с участками структуры исходного металла до точения, примерно в 3 раза выше. Обрабатываемость резко снижается при скорости резания 169 и 186 м/мин из-за значительного повышения температуры в зоне резания. Закалка от 1100°С или отжиг при 800°С в течение 2 ч кованых заготовок, несмотря на снижение их прочности, существенно ухудшает стойкость резцов. В последнем случае это связано с присутствием в структуре сплава большого количества частиц нитрида хрома. При одинаковых режимах резания (V ~ 25 м/мин, S = 0,25 мм/об., h = 0,25; 0,50 и 0,75 мм) стойкость резцов при точении кованых заготовок сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф по сравнению с заготовками стали 08Х18Н10Т примерно в 2 раза выше, что связано с бльшим наклепом поверхностного слоя стали 08Х18Н10Т из-за образования мартенсита деформации. Закаленные от 1100°С заготовки сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф, по сравнению с заготовками стали 08Х18Н10Т, имели больший износ, т.к. интенсивность деформационного упрочнения азотистого аустенита сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф выше, чем та, которую проявляет углеродистый аустенит стали 08Х18Н10Т.

Для оценки технологической пластичности при высокотемпературной пластической деформации сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф проведены испытания на растяжение и ударную вязкость в интервале температур 750-1250оС. Сплав имеет низкое сопротивление пластической деформации (в=24-10 МПа), повышенные показатели пластичности (=70-44%, =57-84%) и вязкости (KCU=0,65 – 0,78 МДж/м2) в интервале температур 1160-1250 оС. При этих температурах не наблюдали образования горячих трещин при ковке и последующей прокатке заготовок. С целью определения критической степени деформации прокаткой при различных температурах, вызывающих образование горячих трещин, провели исследование клиновидных образцов, прокатаных при 700, 800, 900, 1000 и 1100оС. Результаты прокатки показали, что сплав обладает высокой стойкостью к образованию горячих трещин. После прокатки при указанных температурах с обжатиями от 10 до 90% за один проход через валки на поверхности образцов не наблюдали каких-либо дефектов в виде трещин, выкрашиваний или расслоения.

Опытное опробование. В ЗАО «Имплант МТ» изготовлен из сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф комплект фрез и разверток (рис.5). Проверкой биологической безопасности, коррозионной стойкости и дезинфекций установлено, что фрезы и развертки нетоксичны и отвечают требованиям нормативной документации. После клинических испытаний (12 операций эндопротезирования) разверток на их поверхности не наблюдали следов коррозии, а на всей поверхности разверток из стали 95Х18 после трех операций эндопротезирования наблюдали следы коррозии.

В ОАО « Нормаль» изготовлена и испытана партия болтов из сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф. Результаты испытаний на разрыв и срез болтов из этого сплава после горячей прокатки и титанового сплава ВТ16 после закалки и старения показали, что по прочностным характеристикам болты из сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф в 1,5-2 раза превосходят аналогичные изделия из титанового сплава ВТ16 в термоупрочненном состоянии. Характер разрушения болтов позволяет сделать заключение о высокой пластичности сплава в готовом болте. Болты имели высокую коррозионную стойкость, хорошее качество поверхности (рис.5 г) и повышенные характеристики прочности, надежности и ресурса, позволяющие эксплуатировать их в различных изделиях авиационной, автомобильной и бытовой технике, где эксплуатационная температура не превышает 300оС.

На опытном заводе ФГУП ЦНИИТС из заготовок круга 50 мм сплава 05Х22АГ14Н8М2Ф изготовлена опытная партия литых корпусных деталей судовой арматуры. Исследования показали хорошее качество отливок деталей. По уровню прочности, пластичности и ударной вязкости литые детали из этого сплава значительно превосходят аналогичные детали из бронз и нержавеющих сплавов.

Рис.5 Фотографии фрезы (а), развертки (б), корпуса судовой арматуры (в) и болтов (г).

Основные выводы

1.С использованием уравнения Вагнера и параметров взаимодействия Фейхтингера выполнен расчет предельной растворимости азота в сплавах железа с 13 – 30% Cr, 1 – 21%Mn, 1 – 15%N: при содержании 0,02%С и 1%Mo. С использованием модифицированной диаграммы Шефлера и рассчитанного предельного содержания азота в сплавах Fe-Cr-Mn-Ni-Mo определены границы фазовых областей (, +, +, ) в зависимости от величины Ni'экв при определенных значениях Cr'экв.

2. Исследование структуры и свойств Fe-Cr-Mn-Ni-Mo-N сплавов с разным содержанием легирующих элементов показало, что высокоазотистые (0,51%N) сплавы 06Х21АГ14Н7М2Ф и 07Х21АГ16Н8МФ обеспечивают после закалки от 1100оС или прокатки при 1100оС формирование мелкозернистой аустенитной структуры без мартенсита, феррита, – фазы и карбидов хрома и получение хорошего сочетания механических свойств, коррозионной стойкости и немагнитности.

3. Установлено, что гомогенизация литого сплава 05Х22АГ15Н8М2Ф при 1200оС – 3 ч с последующей закалкой от 1100оС приводит к изменению морфологии дендритов от остроконечной к глобулярной, уменьшению ликвации легирующих элементов и получению повышенной пластичности (0,2 = 437 МПа, = 48%, = 77%).

4. Установлено, что с увеличением степени деформации от 20 до 40% при горячей прокатке сплава 05Х22АГ15Н8М2Ф температура начала рекристаллизации снижается от 1100 до 1000оС. В процессе прокатки этого сплава при 950 - 1000оС с обжатием ~ 70% формируется фрагментированная структура с высокой плотностью дислокаций, обеспечивающая получение сочетания высокой прочности (в = 1314 – 1335 МПа, 0,2 = 1238 – 1258 МПа) и повышенной пластичности ( = 30 – 32%, = 48 – 54%).

5. Исследование усталостной прочности сплава 05Х22АГ15Н8М2Ф после закалки от 1100оС или закалки от 1100оС + старения при 500оС – 2 ч или прокатки при 900оС показало, что более высокий предел выносливости (-1 = 500 МПа) сплав имеет после прокатки.

6. Показано, что большее сопротивление износу в условиях трения скольжения сплав 05Х22АГ15Н8М2Ф имел после закалки от 1100оС при наличии в его структуре высокоазотистого аустенита с небольшим количеством нитридов Cr2N. При испытании под нагрузкой 0,5 кг и скорости вращения контртела 1160 мин-1 получена линейная зависимость потери массы образцов от времени испытания.

7. Установлено, что сплав 05Х22АГ15Н8М2Ф в закаленном и деформированном состоянии не склонен к общей коррозии, а после закалки не склонен к МКК и имеет высокое сопротивление питтинговой коррозии в 6% растворе FeCl3. Использованные весовой и водородный методы определения скорости коррозии изогнутых пластин из этого сплава в растворах серной и соляной кислот показали, что скорость растворения металла на растянутой стороне пластины выше, чем на сжатой.

8. Исследование структуры металла сварных швов сплава 05Х22АГ15Н8М2Ф показало, что у линии сплавления шва формируется ячеистая структура, а в центральной части шва – дендритная. Сварные соединения этого сплава имеют хорошее сочетание прочности (0,2 =600 – 630 МПа) и ударной вязкости (КСU = 1,8 – 1,9 МДж/м2).

9. Установлены режимы резания (V = 21 – 74 м/мин, S = 0,15 – 0,60 мм/об и h = 0,25 – 0,75 мм) при точении без охлаждающей жидкости сплава 05Х22АГ15Н8М2Ф, обеспечивающие наибольшую стойкость резцов.

10. Из разработанного нового сплава 05Х22АГ15Н8М2Ф (патент РФ №2303648) изготовлены фрезы и развертки, литые корпуса и болты, испытания которых показали, что их качество отвечает требованиям, предъявляемым к материалам медицинского инструмента, деталям судовой арматуры и высоконагруженному коррозионностойкому крепежу.

Материалы диссертации изложены в работах:

1. Березовская В.В., Костина М.В., Блинов Е.В., Банных И.О., Боброва В.Е., Мельник В.П. Коррозионные свойства аустенитных Сr-Mn-Ni-N-сплавов с разным содержанием марганца // Металлы, №1,2008г, с.1-6.

2. Блинов В.М., Банных О.А., Костина М.В., Афанасьев И.А., Блинов Е.В.

Влияние термической обработки и пластической деформации на износостойкость при трении скольжения высокопрочных коррозионно-стойких азотосодержащих сплавов. // Металлы, №6,2007, с.1- 8.

3. Банных О.А., Блинов В.М., Костина М.В., Блинов Е.В., Зверева Т.Н. Исследование свариваемости высокоазотистых коррозионно-стойких аустенитных сплавов типа Х22АГ16Н8М. // Металлы, №5,2007, с.15-21.

4. Афанасьев И.А., Костина М.В., Блинов Е.В., Банных И.О., Бондаренко Ю.А. Структура и механические свойства литой немагнитной высокоазотистой коррозионно-стойкой стали 05Х22АГ15Н8М2Ф, полученной с использованием метода высокоградиентной направленной кристаллизации. // Металлы,2007,№3,стр.48-52.

5. Терентьев В.Ф., Колмаков А.Г., Блинов В.М., Блинов Е.В. Влияние азота на усталость коррозионностойких сплавов. // Деформация и разрушение материалов, 2007, №2,с.2-13.

6. Есипова Н.Е., Блинов Е.В., Мовчан Т.Г., Банных И.О. Исследование коррозионной стойкости изогнутой пластины из высокоазотистой немагнитной стали 05Х22АГ15Н8М2Ф в агрессивных средах. // Металлы, №2, 2007, стр.69-75.

7. Банных О.А., Бецофен С.Я., Блинов В.М., Ильин А.А., Костина М.В., Блинов Е.В. Исследование фазовых превращений в азотосодержащих сталях методом высокотемпературной рентгенографии. // Металлы, №5,2006, с.16-22.

8. Банных О.А., Блинов В.М., Костина М.В., Блинов Е.В. О возможности экономии никеля в стали типа 0Х17Н12М2 (AISI 316) за счет легирования азотом. // Металлы, №5 2006,с.7-14.

9. Банных О.А, Блинов В.М., Костина М.В., Блинов Е.В., Калинин Г.Ю. Влияние режимов горячей прокатки и термической обработки на структуру, механические и технологические свойства аустенитной азотосодержащей стали 05Х22АГ15Н8М2Ф-Ш. // Металлы №4,2006г, с.1-14.

10. Блинов В.М., Банных О.А., Костина М.В., Ригина Л.Г., Блинов Е.В. О влиянии легирования на предельную растворимость азота в коррозионно-стойких низкоуглеродистых сплавах Fe-Cr-Mn-Ni-Mo. // Металлы, №4 2004,с.42-49.

11. Патент РФ на изобретение №2303648 Высокопрочная и высоковязкая немагнитная свариваемая сталь. Блинов В.М., Банных О.А., Ильин А.А., Костина М.В., Блинов Е.В. и др.

12. Банных О.А., Блинов В.М., Костина М.В., Блинов Е.В. Научные основы технологии изготовления из новой высокопрочной коррозионно-стойкой немагнитной азотистой стали хирургических мединструментов с уникальным сочетанием свойств для применения в травматологии и ортопедии. Тезисы докладов на конференции « Фундаментальные науки-медицине» Москва,2007г., с.100-101.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»