УДОСКОНАЛЕННЯ РЕЖИМІВ ТЕРМІЧНОЇ ОБРОБКИ СТАЛЕЙ І ЧАВУНІВ З ЗАСТОСУВАННЯМ ОХОЛОДЖУВАННЯ В СИПКОМУ ГРАФІТІ

Краткое содержание

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ ДИСЕРТАЦІЇ

У вступі розглянуто технології охолодження при термічному обробленні в промисловості, обґрунтовано актуальність обраної теми, окреслено коло питань, які вимагають практичних рішень, сформульовано мету й завдання дослідження, вказано наукову новизну й практичну цінність результатів роботи.

У першому розділі проаналізовано наукову та технічну інформацію щодо застосування різних видів термічного оброблення в промисловості. Відзначено, що з відомих методів охолодження при ізотермічному гартуванні найбільш простими й доступними є способи охолодження у воді, маслі (гартування на мартенсит) і розплавах солей і металів (ізотермічне гартування). Застосування розплавів солей для ізотермічного гартування потребують суттєвої модернізації через високу складність процесу та пристроїв для його застосування у великосерійному виробництві. Застосування тепла фазово-структурного перетворення дозволило б істотно спростити й видозмінити процеси ізотермічного гартування із введенням нового гартівного середовища, що дозволить використовувати це тепло. Однак у літературі дані щодо широкого застосування тепла фазово-структурних перетворень відсутні. Так само відсутні дані про нові гартівні середовища, спрямовані на використання тепла фазово-структурних перетворень. На підставі літературного огляду сформульовано мету й завдання досліджень.

У другому розділі наведено хімічний склад використовуваних сталей і чавунів, описано методику експериментів і конструкцій лабораторних пристроїв для проведення безперервного охолодження зразків із температури аустенітизації, а також побудови діаграм ізотермічного розпадання переохолодженого аустеніту для нових марок сталей дюрометричним методом. Особливу увагу було приділено металографічному методу (збільшення до 2000 разів) із використанням хімічного й теплового травлення. Фазовий склад сплавів вивчали за допомогою рентгеноструктурного аналізу на установці ДРОН-3М із застосуванням залізного нефільтрованого випромінювання при співвідношенні sin θ α / sin θ β ≈ 1,1. Мікротвердість отриманих структур визначали за допомогою приладу ПМТ-3 при навантаженні 1 Н. Механічні властивості сталі вивчали на зразках при розтягуванні й на ударний вигін (за ГОСТ 1497-84, ГОСТ 9454-78). Механічні властивості оцінювали за рівнем середньоарифметичних значень за трьома зразками для кожного виду випробувань. Вміст газів у металі визначали за допомогою приладу газоаналізатора фірми «Леко» згідно з ГОСТ 17745-90. Хімічний склад елементів у сталях і чавунах визначався за допомогою спектрометра SpectroLaB згідно з ГОСТ 18895-97.

У третьому розділі подано результати досліджень теплофізичних властивостей сипкого сріблястого графіту, а також механізм структуроутворення в сталях 45 і 40ХН у ізотермічних умовах і при безперервному охолодженні в середовищі графіту. Порівняльним аналізом у зіставленні з властивостями інших охолоджувальних середовищ показано можливість використання сипкого графіту в якості нового середовища для охолодження нагрітих металовиробів, застосування якого дозволяє використовувати тепло фазових перетворень. Розрахунком теплового балансу встановлено, що для ефективної експлуатації сипкого сріблястого графіту співвідношення його маси до маси виробу повинно становити не менше ніж 1:5.

При аналізі зміни температури по перетину циліндричних зразків був розрахований критерій Bi для зразків діаметром 20–60 мм. Значення критерію такі: для зразків діаметром 20 мм – 0,05; для зразків діаметром 30 мм – 0,07; для зразків діаметром 40 мм – 0,09; для зразків діаметром 50 мм – 0,1; для зразків діаметром 60 мм – 0,13.

На підставі аналізу критерію Bi для кожного зразка визначено, що всі зразки є тонкими тілами і охолодження в них відбувається рівномірно по всьому перетину.

Встановлено, що при охолодженні зразків зі сталі 45 від 870 ^оС у сипкому сріблястому графіті від температури аустенітизації процес зміни температури графіту можна розділити на чотири інтервали: перший – інтервал розігрівання графіту від 20 до 100 °С у контакті з нагрітим виробом. У цьому інтервалі температура графіту підвищується повільно, що пов'язано з прогріванням графіту. У другому інтервалі (від 100 до 220 °С) спостерігається більш інтенсивне нагрівання графіту, що пов'язано з поглинанням ним тепла при утворенні фериту з аустеніту. Третій інтервал (від 220 до 250 °С) пов'язаний із поглинанням тепла, яке виділилося при перетворенні аустеніту в перліт. Четвертий інтервал (охолодження графіту від 250 °С і нижче) пов'язаний із охолодженням зразка після того, як у ньому завершилися фазово-структурні перетворення.