Підвищення фізико-механічних властивостей графітизованих сталей

Запропоновані склади графітизованих сталей. Базовий склад: 1, 35% …1, 65% С; 0, 2…0, 3% Mn; 0, 8…1, 1% Si; 0, 20…0, 25% Al; до 0, 03% S; до 0, 03% P

Марки сталей Термічне оброблення Властивості Призначення

150СДЛ графітизуюче відпалювання В500Мпа

0, 2400МПа К1С55 

Кfc70  31 Вт/мК

термостійкість

N40 циклів деталі загального призначення: вкладиші, гайки, втулки, литі деталі кріплення, корпусні деталі і таке ін. 

150СД2Л графітизуюче відпалювання термостійкість

N48 циклів

37 Вт/мК деталі, що працюють в умовах термоциклічних навантажень: кокілі, прес-форми машин лиття під тиском, виливниці, деталі пічної арматури й ін. 

150ХСНЛ графітизуюче відпалювання + сфероідизуюче відпалювання В690МПа

0, 2340МПа К1С40 

Кfc55 

відповідальні деталі машинобудування, що працюють в умовах значних статичних та циклічних навантажень: колінчасті вали двигунів внутрішнього згоряння, деталі зубчастих передач, деталі підземно-транспортного устаткування, станини, корпуса редукторів та коробок передач і таке ін. 

графітизуюче відпалювання + нормалізування + відпускання В880МПа

0, 2600МПа К1С31 

 

 

1. Механічні та службові властивості графітизованих сталей, що становлять залізовуглецеві сплави з наявністю у структурі включень графіту, вивчені недостатньо, відсутні державні стандарти та технічні умови на їх виробництво, що обмежує застосування цього матеріалу в машинобудуванні.

2. Результати дослідження показали, що в залежності від вмісту кремнію кристалізація заевтектоїдних графітизованих сталей може відбуватися за метастабільною або 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. Аналіз мікромеханізму тріщиноутворення показав, що головним фактором, що визначає опір графітизованої сталі руйнуванню при статичному та циклічному навантаженні є форма графітових включень і що по показниках, які визначають інтенсивність тріщиноутворення, вони перевершують високоміцні чавуни.

3. Із застосуванням математичного планування експерименту отримані кореляційні залежності, що описують вплив кремнію, міді та алюмінію на параметр форми графіту , границю міцності, відносне видовження, статичну тріщиностійкість, критичний і пороговий коефіцієнти циклічної в'язкості руйнування, що дозволило запропонувати склад графітизованої сталі 150СДЛ: 1, 4... 1, 6% С; 0, 2... 0, 3% Mn; 0, 9... 1, 1% Sі; 1, 0... 1, 2% Cu; 0, 20... 0, 25% Al з показниками властивостей: В500МПа; 0, 2420МПа 7%; К1С55 ; Кfc70 ; та теплопровідністю 31Вт/мК.

4. Встановлено, що збільшення вмісту міді до 1, 57... 2, 27%, унаслідок твердорозчинного та дисперсійного зміцнення, призвело до підвищення границі міцності в на 55... 80%, границі плинності 0, 2 на 50... 90%, коефіцієнта інтенсивності напруг К1С на 70% та критичного коефіцієнта циклічної тріщиностійкості Кfc на 30... 50%, теплопровідності на 27% та термостійкості на 45%, а також до зниження відносного видовження  на 30%. Отримані результати були підставою для запропонування складу термостійкої сталі 150СД2Л: 1, 4... 1, 6% C; 0, 2... 0, 3% Mn; 0, 9... 1, 1% Sі; 1, 75... 2, 25% Cu; 0, 20... 0, 25% Al.

5. 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. Встановлено можливість підвищення механічних властивостей графітизованих сталей (після графітизуючого відпалювання, нормалізування й високого відпускання) до в=1100... 1120 МПа, 0, 2=800... 810 МПа, НВ360... 380, =1, 6% й в'язкості руйнування К1С=18... 20   у результаті легування марганцем до 1, 8%; хромом до 0, 6%; нікелем до 1, 2% і молібденом до 0, 3%.

6. 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.

7. Оптимальним сполученням наведених характеристик, а також високою циклічною тріщиностійкістю характеризувалася сталь типу 150СХНЛ (1, 4... 1, 6% С; 0, 4... 0, 6% Mn; 0, 9... 1, 1% Sі; 0, 20... 0, 25% Al; 0, 25... 0, 35% Cr; 1, 0... 1, 2% Nі) після графітизуючого і сфероідизуючого відпалювань: В=690…697МПа, 0, 2=340…350МПа, =7, 5…8, 0% и НВ200…220, К1С=39…41  и Кfc=55…58 .

8. Результати досліджень дозволили рекомендувати для промислового впровадження сталі: 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. Проведено дослідно-промислові випробування виливниць для розливання алюмінієвих та мідних сплавів, виготовлених зі сталі 150СД2Л. Отримане збільшення стійкості виливниць на 20% по відношенню до стійкості виливниць з високоміцного чавуну. Очікуваний економічний ефект за рахунок економії металу складає 58110 грн.

 

 

1. Осташ О. П., Волчок І. П., Андрейко І. М., Акімов І. В., Головатюк Ю. В. Міцність та циклічна тріщиностійкість графітизованих сталей // Фізико-хімічна механіка матеріалів, 2002. -№6. – С. 7-12.

2. Акимов И. В., Андрейко И. М. Малоцикловая