Підвищення фізико-механічних властивостей графітизованих сталей

5. Проведено випробування в промислових умовах одного з розроблених складів сталей.

Об'єктом дослідження були графітизовані залізовуглецеві сплави заевтектоїдного класу.

Предметом дослідження були процеси структуроутворення і механізми руйнування графітизованих сталей під дією статичних, циклічних й термоциклічних навантажень.

Методи дослідження. З метою дослідження впливу складу на структуру і властивості сплавів проводили структурно-фазовий аналіз за допомогою металографічного й енергодисперсійного методів. Із застосуванням як стандартних, так і спеціальних методів досліджували механічні, теплофізичні й службові властивості сплавів. З метою математичного моделювання впливу складу сплавів на показники їхніх механічних властивостей використовували метод регресійного аналізу.

Наукова новизна отриманих результатів:

Встановлено, що в залежності від вмісту кремнію кристалізація графітизованих сталей може відбуватися за метастабільною і стабільною схемами, що призводить до одержання компактного (після відпалювання) або пластинчастого графіту, а також його проміжних форм, і відповідно до зміни показників міцності, відносного видовження, опору втомному руйнуванню, коефіцієнта інтенсивності напружень і теплопровідності у широких межах.

Із застосуванням методів математичного планування експерименту отримано залежності, що описують вплив кремнію, міді й алюмінію на показники міцності, пластичності, статичної й циклічної в'язкості руйнування, які дозволяють оптимізувати склади графітизованих сталей.

Вперше отримано кінетичні діаграми втомного руйнування графітизованих сталей, які показали, що за опором руйнуванню при циклічному навантаженні вони у середньому у 1, 5 рази перевищують високоміцні чавуни феррито-перлитного й перлітного класів.

Вперше отримано дані про вплив хімічного складу (Sі, Mn, Cr, Nі, Mo, Cu, Al) і термічного оброблення (графітизуюче і сфероідизуюче відпалювання, нормалізування з відпусканням) на коефіцієнт інтенсивності напружень К1С графітизованих сталей, які показали, що за цим показником графітизовані сталі перевершують високоміцні чавуни феррито-перлитного і перлітного класів у 1, 3... 1, 6 рази.

Практична цінність отриманих результатів. На підставі отриманих експериментальних даних для промислового впровадження рекомендовані три марки сталей: 150СДЛ – для деталей загального призначення; 150СД2Л – для деталей, що працюють в умовах термоциклічного навантаження; 150ХГСНЛ – для відповідальних деталей, що працюють в умовах статичних та циклічних навантажень.

Результати промислових випробувань сталі 150СД2Л показали, що виготовлені з неї виливниці, завдяки вищим показникам механічних властивостей, мали стійкість у 1, 2 рази більше стійкості виливниць з високоміцного чавуну марок ВЧ35, ВЧ45, що дозволило рекомендувати її як конструкційний матеріал виливниць для розливу мідних та алюмінієвих сплавів.

Особистий внесок здобувача. Основні результати, що визначають сутність дисертаційної роботи, отримані автором самостійно. У публікаціях, що написані у співавторстві, здобувач:

1. із застосуванням сучасних засобів досліджень проаналізував вплив структурних факторів на механізми руйнування графітизованих сталей при статичному та циклічному навантаженнях, оцінив їхню роль у процесах тріщиноутворення й руйнування;

2. провів оброблення експериментальних даних, отримав регресійні і графічні залежності, які описують вплив хімічного складу на показники конструктивної міцності графітизованих сталей;

3. одержав залежності, які описують вплив комплексного легування кремнієм, міддю, алюмінієм, хромом, марганцем, нікелем та молібденом на структуроутворення й механічні властивості графітизованих сталей після різних видів термічного оброблення;

4. одержав залежності, які описують вплив збільшуваного вмісту міді на структуроутворення, механічні властивості, теплопровідність та термостійкість графітизованих сталей після різних видів термічного оброблення;

5. провів промислові випробування однієї з розроблених сталей, показав технічну й економічну доцільність її застосування як конструкційного матеріалу виливниць для розливання алюмінієвих і мідних сплавів замість високоміцних чавунів марок ВЧ35, ВЧ45.

У співпраці із співробітниками Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка НАН України д. т. н. О. П. Осташем, к. т. н. І. М. Андрейком та Ю. В. Головатюком були проведені випробування на циклічну тріщиностійкість графітизованих сталей.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися й обговорювалися на ІІ, ІІІ й ІV міжнародних конференціях «Перспективні задачі інженерної науки» /Алушта, 2001 і 2002 рр; Ігало, Республіка Чорногорія, 2003р. /; на міжнародних конференціях «Стародубовские чтения» /Дніпропетровськ, 2002 і 2003 р. /; на Х міжнародній конференції «Неметалеві вкраплення і гази в ливарних сплавах» /Запоріжжя, 2003 р. /; на ІX міжнародної науково-технічний конференції «Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів» /Запоріжжя, 2003 р. /.

Публікації. Основний зміст дисертаційної роботи висвітлено у 12 друкованих працях, серед них 9 у фахових виданнях, що входять до переліку ВАК України.

Структура та обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків та одного додатку. Обсяг основного тексту дисертації становить 141 стор. Вона містить 56 рисунків (серед них 22, що займають 25 повних стор. та 34, що займають частково 28 стор.) та 27 таблиць (серед них 4, що займають 4 повні стор. та 23, що займають частково 22 стор.), список використаних джерел із 110 найменувань на 10 стор., а також додаток на 2 стор.

 

У вступі розглянута актуальність теми дисертації, мета і задачі дослідження, наукова новизна і практична цінність роботи.

У першому розділі на підставі літературного аналізу показано, що графітизовані сталі за складом, структурою та властивостями займають проміжне положення між графітизованими чавунами та вуглецевими і низьколегованими сталями, унаслідок чого мають переваги сталей (міцність, пластичність, в'язкість руйнування та ін.) і чавунів (підвищені