WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

Таблица 8 - Твердость роликов из стали ШХ 15 после термической обработки по различным режимам № режима Твердость Режим термической обработки термич. обраб. HRC 8500- 50 мин.- масло + 2000- 6 часов - воздух 1 57.0-60.режим цеха № 42 ОАО «МСЗ» 8600- 45 мин.- масло + 1800- 2 часа - воздух 2 63.0-64.закалка в кассетах 8600- 45 мин. – охлаждение «через воду в масло» 3 66.0-66.закалка в кассетах 8600- 45 мин. - «через воду в масло» + 1600 – 4 65.0-65.2 часа – воздух закалка в кассетах 8600- 45 мин. - «через воду в масло» + (-700) - 5 67.5-68.2 часа – воздух закалка в кассетах 8600- 45 мин. - «через воду в масло» + (-700) -2 часа - 6 66.5-67.воздух + 1400 - 2 часа - воздух (закалка в кассетах) В работе изучена также возможность получения максимальной твердости на образцах стали 90ХС, являющейся типичным представителем валковых сталей перлитного класса. Для проведения эксперимента был отобран металл плавки с содержанием углерода на верхнем пределе марочного состава (таблица 9).

Таблица 9 - Химический состав исследуемой стали 90ХС (марочный и плавочный составы) Плавка Содержание легирующих элементов и примесей, % вес.

ГОСТ C Si Mn Cr V Cu Ni ГОСТ 0.85 1.20 0.30 0.95 н.б. н.б. н.б 5950-73 0.95 1.60 0.60 1.25 0.15 0.30 0.Плавка 0.94 1.51 0.42 1.22 0.08 0.12 0.усл. Новая технология упрочняющей термической обработки включала:

1. Предварительную подготовку структуры посредством закалки в масле с температуры 8900С (Асm+100) и среднего отпуска при 4500С. Такая термическая обработка переводит весь углерод в дисперсные карбиды.

2. Окончательную закалку с ускоренным нагревом, которая позволяет сформировать мелкозернистую аустенитную структуру с неоднородной концентрацией углерода.

Указанные особенности такой структуры наследуются мартенситом закалки, способствуя, по данным работ И.Н.Кидина, повышению твердости на 2-3 единицы НRC.

3. Наиболее полное превращение остаточного аустенита в мартенсит достигается посредством многократной (циклической) обработки холодом в сочетании с низким отпуском при 100 -1200С, в процессе которого в высокоуглеродистом мартенсите образуются нанонеоднородности типа углеродных кластеров, отмеченные в работах И.И.Новикова. При этом твердость дополнительно повышается на 1-2 единицы НRC.

В таблице 10 приведены режимы термической обработки образцов стали 90ХС (таблица 9), позволяющие получить твердость 69,0 НRC.

Таблица 10 - Влияние новых режимов предварительной и окончательной термической обработки и известного способа получения валков холодной прокатки.

Авт. свид. № 1360209 на твердость валковой стали 90ХС Окончательная термическая Предварительная № обработка термическая обработка Твердость режи закалка с циклическая обработка (подготовка структуры к HRC ма ускоренным холодом + низкий окончательной обработке) нагревом отпуск 8600С- масло + 4500С 8900С - (-700С - 2 часа; воздух + 1 67.5-68.- 3 часа; воздух масло 1000С - 2 часа)- 3 раза 8800С - масло + 4500С 8900С - (-700С - 2 часа; воздух + 2 68.5-69.- 3 часа; воздух масло 1000С - 2 часа)- 3 раза 8900С - масло + 4500С 8900С - (-700С - 2 часа; воздух + 3 68.5-69.-3 часа; воздух масло 1000С - 2 часа)- 3 раза 8800С - масло + 4000С 8900С - (-700С - 2 часа; воздух + 4 68.0-68.- 3 часа; воздух масло 1000С - 2 часа)- 3 раза 8800С - 8800С - масло +4500С - (-700С - 2 часа; воздух + 5 через воду в 68.5-69.3часа; воздух 1000С - 2 часа)- 3 раза масло 8650С - масло + 6800С (- 400С) – 2 часа воздух + - 2 часа. Известный способ нагрев ТВЧ 1200С – 2 часа + (-500С)- 6 (Авт. свид. № 1360209 66.9000С - вода 2 часа воздух + 1250С «Способ получения валков - 2 часа холодной прокатки») По результатам данного исследования подготовлена заявка на выдачу патента на изобретение.

Опробование в производственных условиях роликов из стали ШХ15, термически обработанных на твердость 66,5- 67,0 НRC показало, что стойкость таких роликов находится на уровне лучших серийных роликов (рисунок 5), а их выход из строя связан со скалыванием цапф. При этом износ (выкрашивание) на поверхности цапф и ручья роликов отсутствовал (подтверждено актом испытаний).

Скалывание цапф происходило в месте перехода цапфы в корпус ролика (рисунок 1-А). В этом месте поверхность не прошлифовывалась из-за нарушений технологии механической обработки (не учитывался «отжим» резца при токарной обработке и износ абразивного круга при финишном шлифовании). В результате в месте максимальной концентрации напряжений чистота поверхности составила 3 (Ra= 8,0 мкм) и разрушение происходило по грубым рискам, оставленным токарным резцом.

В целях устранения таких дефектов оправок как «кривизна» (таблица 5) и «забоины» (рисунок 2-А) была опробована закалка их в штампах. При этом охлаждение оправок в масле с температуры закалки проводили до 250-3000С (масло на поверхности извлеченных из закалочного бака оправок дымилось, не вспыхивая), а затем закладывали в треугольный вырез штампа и прижимали сверху плоской крышкой. В результате в момент протекания мартенситного превращения оправка в штампе фиксировалась по трем образующим цилиндрической поверхности. Скорость охлаждения в штампе была выше по сравнению со скоростью охлаждения в процессе рихтовки. Кроме того, ее можно увеличить, обдувая сжатым воздухом штамп с заложенными в него оправками. В результате после закалки в штампе твердость оправок диаметром 6,9 мм вполне приемлема и составляет 64-65 HRC. Но главное стрела прогиба на длине оправки 305 мм менее 0,05 мм при отсутствии грубых дефектов на ее рабочей поверхности (рисунок 1-В). Это позволяет существенно снизить припуск под шлифовку.

Пятая глава посвящена изучению причин, оказывающих влияние на пластичность и вязкость стали ШХ 15 на различных этапах технологической схемы производства заготовок и изделий. Высокая твердость роликов, оправок и других изделий из стали ШХ-15 приводит к снижению пластичности и вязкости (рисунок 8). В связи с этим проведен анализ факторов, определяющих структурное состояние и комплекс механических свойств в стали ШХ15.

Рисунок 8 - Взаимосвязь твердости и ударной вязкости стали ШХ15 после закалки и низкого отпуска (металл 5-ти промышленных плавок) Металлографический анализ металла сортовых заготовок стали ШХ15 (производство ОАО «Металлургический завод «Электросталь») показал минимальную загрязненность неметаллическими включениями и полное отсутствие карбидной сетки. При этом в металле были обнаружены следующие аномальные структурные образования:

1. Строчечные скопления карбидов в местах ликвации углерода и хрома преимущественно в центральной зоне заготовок (рисунок 9);

2. В ряде случаев отдельные участки (остатки) пластинчатого перлита (рисунок 10-А);

х 200 х А Б Рисунок 9 - Карбидная ликвация (А) и ее остатки - карбидная полосчатость (Б) в стали ШХ х600 х А Б Рисунок 10 - А - остатки пластинчатого перлита (8 балл ГОСТ 1435-99) в сортовой заготовке стали ШХ15, прошедшей сфероидизирующий отжиг; Б - трещина образовавшаяся при холодной пластической деформации (трещина проходит по границам раздела ферритных и цементитных пластин) 3. Электронная микроскопия (метод фольг) позволила обнаружить в заготовках, прошедших качественный сфероидизирующий отжиг (рисунок 11-А - участки пластинчатого перлита отсутствовали), мелкие игольчатые карбиды (рисунок 11-Б), которые металлографическим анализом не обнаруживаются (рисунок 11-А).

Игольчатые карбиды образуются при резком охлаждении сортовых заготовок стали ШХ15 с температуры сфероидизирующего отжига 780-8000С до 550-6000С в воде и далее на воздухе. Эта обработка препятствует образованию такого серьезного дефекта как карбидная сетка.

Микрообъемы со строчечными скоплениями карбидных частиц характеризуются повышенной твердостью (Нv50=2480 МПа при твердости основного металла Нv50=2110 МПа) и пониженной пластичностью. В процессе холодной пластической деформации под воздействием растягивающих напряжений в местах скопления карбидов образуются микротрещины, которые не получают развитие в металле, отожженном на зернистый цементит. Однако в присутствии участков пластинчатого перлита микронадрывы развиваются в макротрещины, проходящие по границам раздела ферритных и цементитных пластин (рисунок 10-Б).

Для оценки влияния каждого из трех вышеуказанных факторов на технологическую пластичность стали ШХ15 из сортовых заготовок, прошедших сфероидизирующий отжиг, были изготовлены образцы сечением 3030 мм длиной 150- 180 мм, которые прокатывали в валках стана ДУО-250, последовательно наращивая обжатие (степень деформации) с интервалом 5 %.

х200 х20000 х А Б В Рисунок 11 - Структура стали ШХ15: А и Б - после сфероидизирующего отжига;

В – после сфероидизирующего отжига и дополнительного высокого отпуска по режиму 6800С – 12 часов; А – металлографический анализ (3 балл – ГОСТ 1435-99) Б и В – электронная микроскопия (метод фольг) На образцах, в структуре которых присутствовали остатки пластинчатого перлита (рисунок 10-А) трещины на поверхности образовывались уже при степени деформации 5%.

В металле, в котором участке пластинчатого перлита отсутствовали (рисунок 11-А), но имелись игольчатые карбиды (рисунок 11-Б), трещины начинали образовываться при степени деформации 50 %.

Для устранения остатков пластинчатого перлита и игольчатых карбидов 3-ю партию образцов перед прокаткой подвергли высокому отпуску по режиму 6800- 12 часов (рисунок 11-В). При прокатке этих образцов со степенью деформации 75 % трещин не обнаружили.

Таким образом, при производстве заготовок стали ШХ15, предназначенных для изготовления прокатного инструмента высокой твердости, рекомендовано проводить ковку слитков с длительным нагревом (томлением) при 1150 -11800С с целью максимального растворения участков карбидной ликвации (рисунок 9). Непосредственно перед изготовлением изделий производить высокий отпуск заготовок по режиму 680- 7000С в течение 10-12 часов. Указанные мероприятия позволят в сочетании с качественной шлифовкой рабочих поверхностей роликов, оправок опорных плавок в максимально возможной степени повысить вязкость и трещиноустойчивость металла изделий.

В шестой главе приводятся результаты опробования в качестве материала для деталей станов ХПТ и тяжелонагруженных штампов отечественных сталей ледебуритного класса:

160Х12М (аналог японской валковой стали RFE), быстрорежущих Р6М5 (аналог стали М10- США), ЭП-682- Ш (аналог стали ДМК3- SUPRA- ФРГ).

На рисунке 12 приведены результаты испытаний производственных роликов из сталей 160Х12М, Р6М5 и ЭП-682-Ш. Ролики из стали 160Х12М показали устойчивые значения твердости (62 ± 0,5 HRC) и производительности (1100 метров труб) - рисунок 12. Однако производительность роликов из стали 160Х12М несколько ниже уровня, определяемого их твердостью (рисунок 12). По-видимому, это связано с присутствием в структуре стали 160Х12М относительно крупных угловатых карбидов (рисунок 13-А), которые, играя роль хрупких неметаллических включений, снижают контактную выносливость металла.

Рисунок 12 - Взаимосвязь твердости и производительности роликов из сталей ШХ15, 160Х12М, Р6М5 и ЭП-682Ш х 1000 х А Б Рисунок 13 - А - сталь 160Х12М (продольная прокатка);

Б - сталь Р6М5 (радиально-сдвиговая прокатка) расстояние от поверхности заготовки 10 мм Совершенно иная картина наблюдается для роликов из быстрорежущей стали Р6М5.

Заготовка этой стали на последнем этапе производства прошла прокатку на стане радиально- сдвиговой прокатки (РСП) конструкции МИСиС. В процессе РСП произошло измельчением первичных карбидов, которые приняли округлую форму, острые углы отсутствовали (рисунок 13-Б). Благодаря такому структурному состоянию и высокой твердости карбидной фазы (Hv=1500032000 МПа) производительность роликов резко возросла и составила метров труб (рисунок 12), что в 3 раза превосходит среднюю производительность роликов из стали ШХ15 700-750 метров труб (рисунок 12).

Крайне низкая стойкость роликов из стали ЭП-682-Ш (рисунок 12) объясняется образованием на рабочих поверхностях при шлифовании кругами из Аl2O3 шлифовочных трещин. Сталь ЭП-682-Ш содержит более 3% ванадия (таблица 4), образующего карбид V4С(Hv=32000 МПа). Поэтому шлифование изделий из этой стали следует производить кругами из эльбора (Hv= 60000 МПа). Шлифовальные круги из Аl2O3 (Hv= 22000 МПа) для этих целей не пригодны. Это обстоятельство было учтено при изготовлении матриц штампов, предназначенных для завальцовывания тонкостенных труб из циркония.

Матрицы таких штампов работают в тяжелых условиях на износ и истирание. При выполнении большого по объему Государственного заказа инструментальный цех ОАО «МСЗ» был не в состоянии обеспечить основное производство матрицами из стали ШХ15 с твердостью 61-62 HRC. Эти матрицы, крайне сложные в изготовлении, очень быстро выходили из строя вследствие истирания рабочей поверхности. Переход со стали ШХ15 на ЭП-682-Ш с твердостью 68 HRC позволил резко в 5 раз сократить количество изготавливаемых матриц. После выработки ресурса на матрицах, из стали ЭП-682-Ш снятых со стенда, износа не обнаружено, что подтверждено актом испытаний.

Анализ литературных данных по механизму выкрашивания рабочей поверхности рабочих валков листопрокатных станов, роликов станов ХПТ и других деталей машин и механизмов, работающих в условиях больших контактных напряжений, показывает, что в первоначальный момент в поверхностном слое образуется тонкая, слаботравящаяся зона – «белая зона». Твердость металла белой зоны (Hv=10000-11000 МПа) существенно превосходит твердость основного металла валка (Hv<8000). Такое возможно только при превращении остаточного аустенита в мартенсит деформации в тонком поверхностном слое и образованию в нем сжимающих напряжений. В результате на границе «белой зоны» и основного металла («темной зоны») возникает очень большой градиент напряжений, который приводит к образованию продольных тангенциальных трещин и отслоению «белой зоны». После этого довольно быстро в «белой зоне» развиваются радиальные трещины и происходит постепенное выкрашивание частиц металла «белой зоны» (рисунок 2-В). Далее следует перешлифовка валков с удалением «белой зоны».

Pages:     | 1 | 2 || 4 |






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