Совершенствование термической обработки прецизионных деталей на основе закономерностей структурообразования стали 09Х16Н4БЛ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.01, кандидат наук Маркова, Екатерина Витальевна

• Маркова, Екатерина Витальевна
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Маркова, Екатерина Витальевна

Содержание

Введение

1. Состояние вопроса

1.1 Классификация коррозионно-стойких высокопрочных (КВС) хромоникелевых сталей

1.2 Особенности кристаллизации, структуры и фазового состава литых коррозионно-стойких сталей

1.2.1 Влияние термической обработки на фазовые и структурные превращения в коррозионно-стойких сталях

1.2.2 Факторы, повышающие структурную и фазовую однородность

КВС

1.3 Факторы, влияющие на количество остаточного аустенита в стали

1.3.1 Влияние температуры нагрева под закалку на количество остаточного аустенита

1.3.2 Влияние легирующих элементов и примесей на количество остаточного аустенита

1.3.3 Влияние скорости охлаждения на количество остаточного аустенита

1.3.4 Распад остаточного аустенита при отпуске

1.3.5 Влияние легирующих элементов на поведение переохлаждённого аустенита

1.4 Использование метода мультифрактальной параметризации при изучении структурных особенностей сплавов

2. Материалы и методики исследования

2.1 Материалы и их обработка

2.2 Методики исследования

2.2.1 Дилатометрический анализ

2.2.2 Микроскопический анализ

2.2.3 Рентгеноструктурный анализ

2.2.4 Фазовый магнитный анализ

2.2.5 Микрорентгеноспектральный анализ

2.2.6 Механические испытания

2.2.7 Фрактографический анализ

2.2.8 Фрактальный и мультифрактальный анализ

2.2.9 Статистический анализ

3. Анализ структурообразования литой коррозионно-стойкой стали

09Х16Н4БЛ в процессе штатной термической обработки

3.1 Особенности структурообразования стали 09Х16Н4БЛ в процессе

штатной предварительной термической обработки

3.1.1 Влияние предварительной термической обработки на ликвационную

неоднородность стали

3.2 Влияние предварительной термической обработки на размер аутенитного зерна

3.2.1 Влияние предварительной термической обработки на разнозернистость структуры

3.2.2 Использование фрактальной и мультифрактальной параметризации для оценки однородности и упорядоченности зёренной структуры стали 09Х16Н4БЛ

3.3 Влияние неметаллических включений на характер разрушения стали 09Х16Н4БЛ

3.4 Исследование структуры стали 09Х16Н4БЛ при проведении штатной

окончательной термической обработки

3.4.1 Изучение влияние легирующих элементов на количество остаточного аустенита

з

3.4.2 Влияние температуры нагрева под закалку на количество остаточного аустенита в стали 09Х16Н4БЛ

3.4.3 Влияние температуры отпуска на количество остаточного аустенита

в стали

3.4.4 О возможности сокращения циклов окончательной термической

обработки

3.5 Влияние химического состава стали 09Х16Н4БЛ на механические свойства

4. Оптимизация режимов термической обработки литой стали 09Х16Н4БЛ

4.1 Применения термоциклической обработки для снижения структурной неоднородности литой КВС

4.2 Оптимизация режимов окончательной термической обработки

4.2.1 Влияние параметров термообработки на механические свойства стали 09Х16Н4БЛ

4.2.2 Разработка модели влияния температурной обработки и химического состава на механические свойства стали 09Х16Н4БЛ

4.3 Применение L-критерия для оптимизации параметров термической обработки и химического состава стали 09Х16Н4БЛ

5. Исследование поверхности разрушения стали 09Х16Н4БЛ

5.1 Изучение морфологических особенностей микростроения поверхности разрушения стали 09Х16Н4БЛ

5.2 Применение фрактальной параметризации для количественного

анализа поверхности излома стали 09Х16Н4БЛ

Заключенней выводы по работе

Список использованной литературы

Приложения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Совершенствование термической обработки прецизионных деталей на основе закономерностей структурообразования стали 09Х16Н4БЛ»

Введение

Решение задач надежности современной высокоточной техники может быть успешно выполнено, при одновременной реализации, по крайней мере, трех условий: сохранение требуемого уровня прочности, стабильность размеров и формы деталей, высокой коррозионной стойкости материала. В настоящее время по-прежнему актуальна проблема создания упрочняющей термической обработки для получения одновременно высокой прочности и вязкости сплавов.

Широкое применение в различных отраслях промышленности для изготовления прецизионных приборов, а также при производстве инструмента сложной конфигурации, предназначенного для работы при производстве инструмента сложной конфигурации, предназначенного для работы в агрессивных средах и в условиях знакопеременных нагрузок, находят литые коррозионно-стойкие хромоникелевые стали мартенситного класса.

Большой вклад в изучение коррозионно-стойких сталей внесли известные отечественные и зарубежные учёные: Ульянин Е.А., Грачёв C.B., Гольдштейн М.И., Химушин Ф.Ф., Гудремон Э, Nilsson S., Irvine К., Ning Liv и др.

В настоящее время широкое применение находят коррозионно-стойкие высокопрочные стали, предназначенные для работы в агрессивных средах, а также в условиях знакопеременных статических и динамических нагрузок. Стали данного класса применяются и для изготовления прецизионных деталей, работающих при температурах до 400 °С. Разработанные режимы термической обработки для данной группы сталей, направленные на обеспечение требований по прочности, ударной вязкости и коррозионной стойкости, предполагают существенные энергозатраты как на стадии предварительной, так и на стадии окончательной термообработки готовых изделий.

Применение сложной многоступенчатой термической обработки связано

с процессами ликвационной неоднородности, формированием крупного зерна

5

нестабильности, связанной с наличием в структуре остаточной аустенитной фазы, а следовательно к возникновению ряда технических проблем при эксплуатации прецизионных приборов и устройств.

Значительный интерес вызывает влияние химического состава литых коррозионно-стойких сталей на структурные особенности и как следствие на механические свойства и размерную стабильность сплавов.

Весьма актуальной является задача адаптации новых методик изучения микроструктурного состояния - фрактальной и мультифрактальной параметризации структур, в процессе выявления и установления закономерностей влияния варьирования химического состава, особенностей получения изделия и режимов термической обработки на структурно-фазовую метастабильность коррозионно-стойких сталей, а также разработка и реализация технологического решения по созданию ресурсосберегающего цикла термической обработки прецизионных изделий из коррозионно-стойкой стали с заданным комплексом механических свойств.

В связи с этим основной целью работы явилось выявление закономерностей структурообразования литой коррозионно-стойкой стали 09Х16Н4БЛ на всех этапах термической обработки и оптимизация на этой основе режимов термической обработки, обеспечивающих заданный уровень механических свойств и размерную стабильность (минимальное количество остаточного аустенита) в процессе эксплуатации прецизионных деталей.

Новизна научных результатов:

- разработаны математические модели изменения механических свойств стали 09Х16Н4БЛ и количества остаточного аустенита в зависимости от вариаций химического состава и параметров термической обработки;

- с использованием мультифрактального анализа микроструктуры стали 09Х16Н4БЛ определен управляющий параметр структурообразования (Сг/№), а также его оптимальное значение, вблизи которого реализуются устойчивые мелкозернистые структуры;

- разработаны компьютеризированные методы оценки влияния режимов термической обработки на структурную неоднородность стали 09Х16Н4БЛ, заключающиеся в определении количественных параметров распределения структурных элементов с помощью фрактальной и мультифрактальной параметризации;

- впервые использована методика мультифрактальной параметризации и метод анализа кривизны структурных функций применительно к данным растровой электронной микроскопии поверхностей излома, позволяющая получить количественные зависимости между фрактальными характеристиками и значениями механических свойств.

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований, позволяющие получить количественную связь мультифрактальных параметров с размером аустенитного зерна и механическими характеристиками;

- результаты исследований влияния неметаллических включений на характер разрушения литой коррозионно-стойкой стали 09Х16Н4БЛ и разработанные на их основе рекомендации по выплавке стали на нижнем пределе по кремнию и марганцу;

- разработанные математические модели, позволяющие прогнозировать механические свойства и количество остаточного аустенита в функции от химического состава стали и параметров упрочняющей термической обработки;

- результаты фрактальной и мультифрактальной параметризации поверхностей излома стали 09Х16Н4БЛ, позволяющие количественно оценить структурную однородность стали и получить корреляционную связь мультифрактальных параметров с величиной ударной вязкости;

- разработанная ресурсосберегающая технология сквозной термической обработки литых изделий из стали 09Х16Н4БЛ, обеспечивающая при сокращении количества циклов окончательной термической обработки

сохранение заданного уровня механических свойств и минимального количества остаточного аустенита.

Практическая значимость работы.

получены математические модели, описывающие влияние вариаций химического состава на механические свойства коррозионно-стойкой стали 09Х16Н4БЛ, что позволяет провести отбраковку отливок на начальной стадии производства;

разработана комплексная ресурсосберегающая технология термической обработки литых изделий из стали 09Х16Н4БЛ, обеспечивающая сокращение продолжительности термической обработки и снижение энергозатрат в 2 раза;

- результаты работы были использованы на ОАО АНПК «Блик» при оптимизации и корректировке режимов термической обработки деталей опытных насосов для откачки нефти с повышенным содержанием серы, а также на ОАО «КБП» для термической обработки прецизионных деталей высокоточных приборов.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю профессору, доктору технических наук Е.М. Гринбергу за постановку задач и руководство; профессору, доктору технических наук В.В. Любимову за помощь в проведении экспериментов; доктору физико-математических наук Г.В. Встовскому за предоставленные компьютерные программы для определения мультифрактальных параметров, а также сотрудникам кафедры ФММ ТулГУ за товарищескую помощь и дискуссии по работе.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

Анализ научно-технической литературы свидетельствует о всё более широком применении коррозионно-стойких высокопрочных сталей для работы в агрессивных средах, а также в условиях знакопеременных статических и динамических нагрузок. В настоящее время для изготовления многих литых изделий, работающих в условиях одновременного воздействия высоких нагрузок и коррозионной среды, применяют хромоникелевые коррозионные стали. Стали данного класса применяются и для изготовления прецизионных деталей, работающих при температурах до 400 °С.

1.1 Классификация коррозионно-стойких высокопрочных (КВС)

хромоникелевых сталей

Коррозионно-стойкие стали применяют для изготовления деталей машин, приборов и конструктивных элементов (в основном сварных), работающих в разных агрессивных средах (влажная атмосфера, морская вода, кислоты, растворы солей, щелочей, расплавы металлов и др.). Легирование коррозионно-стойких сталей и сплавов преследует достижение высокой коррозионной стойкости в рабочей среде и обеспечение требуемого комплекса физико-механических характеристик (для высокопрочных сплавов - прежде всего высокий уровень прочности) [1].

Применение коррозионно-стойкой стали в машиностроении позволяет снизить энергоемкость и трудоемкость при производстве деталей. Стремление повысить коррозионную стойкость, прочность и снизить стоимость деталей в последнее время привело к разработке и внедрению как в нашей стране [2,3,4], так и за рубежом [5-8] большого количества новых марок сталей всех структурных классов.

В последнее время наблюдается увеличение использования низкоуглеродистых коррозионно-стойких сталей и сплавов в химической,

криогенной, пищевой и легкой промышленности, обусловленной их высокой стойкостью в агрессивных средах. Низкоуглеродистые коррозионно-стойкие стали применяются для изготовления сварного оборудования и трубопроводов, работающих в контакте с азотной кислотой и аммиачной селитрой, основных узлов оборудования для синтеза карбамида и капролактама, работающих в кипящей фосфорной и 10 % уксусной кислотах, сернокислых средах [9].

По структуре после термической обработки коррозионно-стойкие стали делятся на следующие классы: ферритный, мартенситный, аустенитный, аустенитно-мартенситный, аустенитно-ферритный, мартенситно-ферритный [10].

Мартенситные стали обладают хорошей коррозионной стойкостью в атмосферных условиях, в слабоагрессивных средах (в слабых растворах солей, кислот) и имеют высокие механические свойства [10]. В 70-е годы в России был создан новый класс сталей, закаливающихся на воздухе, низкоуглеродистые мартенситные стали (НМС) [11]. Обобщая все известные в настоящее время результаты исследования структуры и свойств НМС, можно привести принципиальные сравнительные зависимости, определяющие широкое применение данного класса сталей в промышленности (рисунок 1.1,1.2), а также сформулировать основные преимущества сталей данного класса относительно ранее известных конструкционных сталей:

• высокая устойчивость аустенита к диффузионному превращению и отсутствие области бейнитного превращения. Это позволяет получать мартенситную структуру в изделиях большого сечения (до 200 мм) и отказаться от применения экологически вредных жидких закалочных сред при проведении термической обработки [12];

• сильное снижение закалочных напряжений. Высокое положение

мартенситной точки и подвижность не полностью закрепленных дислокаций

обеспечивают практически полную релаксацию закалочных напряжений

непосредственно в ходе закалки. В связи с этим изменение формы и размеров

ю

при закалке деталей из низкоуглеродистых мартенситных сталей незначительно [12];

• структурно-размерная стабильность сталей, закаленных на мартенсит, при нагреве до 500...600 °С (в зависимости от химического состава). Низкое содержание углерода и комплексное легирование элементами, затрудняющими процессы рекристаллизации и способствующими сохранению структуры низкоуглеродистого мартенсита до высоких температур нагрева при отпуске [12].

• возможность поверхностного упрочнения химико-термической обработкой (цементация, азотирование) [1].

и

я

е

я а

V

в £

^ Ас!

м„

4 -V

вода масло воздух

Время

---углеродистая сталь (С > 0,12 %)

Рисунок 1.1 -сталей [11]

- низкоуглеродистая мартенситная

сталь (С <0,11 %)

Изотермические диаграммы углеродистых и низкоуглеродистых

8

££

и 5 О.

о

£ ее О. Я К

о 5

а

и

<в 3"

X

се И

V

V С >0,10% \ прочность V

С < 0,10 % /

С < 0,10 % с

( С > 0,10 % 1 1 вязкость пластичность \

■ 1 1 V ■

без 100 200 300 400 500 600 отпуска

Температура отпуска, С

Рисунок 1.2 - Принципиальная зависимость механических свойств, для сталей с содержанием углерода более и менее 0,10 % [11]

Таким образом, применение низкоуглеродистых мартенситных сталей обеспечивает решение многоцелевой задачи: наряду с вопросами экологии решаются проблемы повышения качества продукции, рационального использования сырья, топлива, электроэнергии, технологического оборудования, рабочей силы и других элементов [9].

По содержанию углерода и хрома коррозионно-стойкие мартенситные стали разделяют на 5 групп.

1. Коррозионно-стойкие мартенситные стали с содержанием углерода менее 0,15 % и хрома 12-14 %, которые характеризуются благоприятным сочетанием механических свойств и коррозионной стойкости.

2. Коррозионно-стойкие мартенситные стали, имеющие более высокое содержание углерода и обладающие повышенной твердостью при достаточной вязкости.

3. Коррозионно-стойкие мартенситные стали с еще более высоким содержанием углерода и повышенным содержанием хрома, вследствие этого обладающие высокой твердостью при некотором снижении пластичности.

4. Для сталей данной группы характерно такое же содержание хрома, что у стали 3-й группы, но более низкое содержание углерода, что придает ей повышенную коррозионную стойкость по сравнению со сталью других групп. Применяемая добавка никеля способствует повышению прокаливаемости сталей и улучшению их механических свойств.

5. Коррозионно-стойкая мартенситная сталь 5-й группы содержит легирующие элементы: никель, молибден, ванадий и вследствие этого характеризуется высокими механическими свойствами до 600 °С, высокой прокаливаемостью и почти полным отсутствием в структуре ферритной фазы [13].

Высокая прочность нержавеющих сталей может быть достигнута в результате мартенситного превращения и последующего старения мартенсита, процессов дисперсионного твердения, введения легирующих элементов, повышающих прочность матрицы (таблица 1.1) [2,14].

Таблица 1.1- Термическая обработка и механические свойства нержавеющих сталей [2,3,14,15]

Марка стали Режим термической обработки,°С ав, МПа «год, МПа 5,%

40X13 Закалка 1050 °С, отпуск 600 °С, 1140 910 13 32

09Х16Н4БЛ Закалка 1050 °С, отпуск 600 °С, 950 800 10 50

14Х17Н2 Закалка 1040 °С, отпуск 370 °С, 1430 1010 16 40

25Х17Н2Б-Ш Закалка 1100 °С, обработка холодом -70 °С, отпуск 300 °С 1710 1350 8 45

12X13 Закалка 1030 °С, отпуск 680 °С 740 590 20 66

08Х22Н6Т Закалка 1050 °С 680 419 38 45

07X16Н6 Закалка 1000 °С обработка холодом -70 °С; 2 ч, отпуск 350 °С 1100 900 20 67

Превращения, протекающие при нагреве и охлаждении, а следовательно и режимы термической обработки мартенситных и мартенсито-ферритных сталей аналогичны, стали же аустенито-мартенситного (переходного класса) представляют собой отдельную группу материалов, в основу разработки которых положен принцип метастабильного аустенита, предложенный в 50-е годы И.Н. Богачевым и Р.И. Минцевым [15] и реализованный отечественными [2,3] и зарубежными специалистами [16,17].

Фазовый и структурный состав исследуемой в данной работе стали марки

09Х16Н4БЛ изучен недостаточно, так как её широкое использование в

промышленности началось сравнительно недавно, в отличие от достаточно

распространенной стали 14Х17Н2. Основной структурной составляющей в

этих сталях после высокотемпературного нагрева и охлаждения на воздухе

является мартенсит, однако, в зависимости от конкретного химического

состава, а также температуры нормализации, количество 5-феррита (в стали

13

14Х17Н2) и остаточного аустенита (в стали 09Х16Н4БЛ) может превышать 10 %, что позволяет разным авторам относить сталь 14Х17Н2 как к мартенситному [18] , так и к мартенсито-ферритному классу [2], а сталь 09Х16Н4БЛ, как к мартенситному, так и к мартенсито-аустенитному классу.

Структура стали типа Х17Н2 зависит от содержания углерода. В стали с 0,14 % С, по данным авторов [18], количество 5-феррита колеблется в зависимости от конкретного состава плавки от 1 до 10 %, что позволяет с уверенностью говорить о данной стали, как о стали мартенситного класса. В стали 09X16Н4Б, специально разработанной для штампосварочных конструкций уменьшение количества 5-феррита до 5-8 % обеспечивается при суженном до 4-5 % содержании никеля [19].

Граница раздела «8-феррит-матрица» является местом предпочтительного выделения избыточных фаз. Поэтому образование 5-феррита в стали мартенситного класса (особенно, когда его содержание превышает 15 %) не только приводит к анизотропии свойств детали, но и способствует тепловому охрупчиванию стали при технологических и эксплуатационных нагревах [20].

Проведённые исследования [12] показали, что увеличение количества 5-феррита в структуре стали приводит к уменьшению пластичности, ударной вязкости, а также к увеличению скорости развития отпускной хрупкости.

Легирующие элементы оказывают влияние на соотношение фаз в КВС. По данным работ Ульянина Е.А. [13] никель, азот, кобальт, медь и марганец уменьшают количество 5-феррита в коррозионно-стойких сталях, a-Si, Мо, Сг и Al увеличивают его содержание, причём Сг и Al особенно сильно способствуют увеличению количества 5-феррита (таблица 1.2).

Состав сталей необходимо строго контролировать для поддержания сбалансированного содержания феррито- и аустенитообразующих элементов заданной температурой мартенситного превращения.

Влияние легирующих элементов на количество 5-феррита и положение мартенситной точки сталей переходного класса [1]:

Легирующие элементы N С № Со Си Мп Мо Сг А1

Изменение 5-феррита, % на 1 % л.э. -200 -180 -10 -6 -3 -1 +8 +11 +15 +38

Изменение М„, °С на 1 % л.э. -450 -450 -20 [phone] +53

Известно, что при соотношении Сг/№<1,8 образуется не более 10-15 % 8-феррита [1].

Поскольку КВС обеспечивают высокие показатели механических и технологических свойств, а также коррозионной стойкости, в последнее время их широко используют для изготовления прецизионных изделий, работающих в условиях знакопеременных нагрузок в агрессивных средах.

1.2 Особенности кристаллизации, структуры и фазового состава литых коррозионно-стойких сталей

Литые коррозионно-стойкие стали представляют собой отдельную группу сталей из-за особенностей получения (литье по выплавляемым моделям) и исходной структуры. Технология литья по выплавляемым моделям позволяет получить слиток для деталей с сосредоточенной пористостью и усадочной раковиной, чтобы при последующих технологических операциях получить изделие необходимого размера при максимальном коэффициенте использования металла [21].

Литье по выплавляемым моделям является более точным способом литья в разовые формы и применяется при изготовлении отливок весом до 50 кг. В этом случае модели представляют собой изготовленные в пресс-форме подобия отливаемых деталей.

В литых коррозионно-стойких сталях нестабильность фазового и структурного состояния усугубляется химической и структурной неоднородностью, которая формируется на этапе литья.

В настоящее время для коррозионно-стойких сталей наиболее полно изучены превращения, протекающие в твердом состоянии, а данных об особенностях кристаллизационных процессов в литературе недостаточно и к тому же они противоречивы. Основные сведения по этому вопросу базируются на диаграммах состояния системы Ре-Сг-№, обобщающих результаты большого числа металлографических, рентгеноструктурных и других исследований.

Кристаллизация исследуемых сталей начинается как однофазная - с выделения первичных кристаллов 5- или у-фаз, а завершается как однофазная или многофазная - с образованием 5+у-фаз в межосных промежутках [22].

Кристаллизация данного класса сталей зависит от их химического состава. Авторам [23] для сталей 08Х19Н9Г7Т, Х18Н10Т, 07Х25Н13, 08Х20Н10Г6 удалось установить следующую последовательность кристаллизационных процессов: 1) кристаллизация из расплава 5-феррита; 2) перекристаллизация 5-феррита в аустенит; 3) вторичное выделение 5-феррита из расплава. Затвердевание начинается в температурном интервале 1440-1410 °С и сопровождается зарождением и быстрым ростом дендритов 5-феррита. Дендриты имеют округлое сечение ветвей и разрастаются по направлениям, не всегда совпадающим с кристаллографически выгодными [24].

Это обусловлено, исходя из результатов рентгеноспектрального микроанализа, интенсивным оттеснением в жидкость никеля, плохо растворимого в 5-феррите. В результате формирующаяся структура изобилует различными феноменами дендритного ветвления, наиболее характерным из которых является замыкание расплава твердым раствором при срастании соседних ветвей. Оказавшаяся в осевых участках дендритов жидкая фаза быстро приобретает сферическую форму и затвердевает при дальнейшем охлаждении в виде включений эвтектического происхождения [23,25].

В образцах, закаленных от высоких температур, 5-феррит претерпевает твердофазное превращение с образованием у-фазы, приобретающей преимущественно видманштеттовое строение и наследующей химический состав исходного 5-твердого раствора. Следующая стадия затвердевания -перитектическая реакция трансформации 5-феррита в аустенит (5+Ь—>у) [23].

В работе [2] микрорентгеноспектральным методом определено, что 5-феррит в стали 09Х16Н4БЛ обеднен по сравнению с матрицей никелем и обогащен хромом. Растворимость хрома и никеля в системе Ре-С-Сг-№ [26] в жидкой фазе больше, чем в твердой следовательно коэффициенты их распределения меньше единицы. Это означает, что хром и никель в процессе кристаллизации обогащают границы дендритных ячеек. Степень их ликвации, как показано в работах [26-28], определяется соотношением скорости кристаллизации и скорости диффузионных процессов в жидкой фазе: при увеличении скорости охлаждения численное значение указанного соотношения увеличивается, а ликвация элементов уменьшается [28]. Наблюдаемое обеднение 5-феррита никелем связано не с первичной кристаллизацией, а с 5—>у-превращением в верхнем интервале температур в процессе охлаждения в твердом состоянии [20]. При малой скорости охлаждения в условиях, близких к равновесным, в высокотемпературной области в соответствии с диаграммой состояния Ре-С-Сг-№ [26] происходит обеднение 5-феррита никелем вследствие уменьшения предела растворимости, а в низкотемпературной - выравнивание его распределения в связи с увеличением растворимости. В реальных условиях при уменьшении температуры в связи с уменьшением коэффициента диффузии неоднородность, возникшая в высокотемпературной области, сохраняется. Таким образом, чем меньше скорость охлаждения в твердом состоянии в высокотемпературной области, тем должна быть выше неоднородность распределения хрома и никеля.

Авторами [29] было показано, что при реализации описанной схемы

превращений к началу мартенситного распада вследствие дендритной

17

ликвации, формирующейся при кристаллизации и охлаждении, в твердом состоянии в стали присутствуют два типа аустенита. Причем аустенит, образующийся из 5-феррита, наследует повышенное содержание хрома, характерное для этой фазы. Известно, что большинство легирующих элементов снижают температуру Мн на 30-50 °С. В связи с этим мартенситное превращение в разных объемах (в аустените разного состава) будет начинаться при различных температурах. При охлаждении ниже Мн в мартенсите начинают развиваться начальные этапы отпуска, причем степень развития последних различна в областях, претерпевающих мартенситное превращение, при различных температурах [30,31].

Таким образом, анализ литературы показал, что химическая неоднородность, возникающая при кристаллизации, оказывает существенное влияние на характер последующих фазовых превращений и свойства литого материала, усугубляя структурную нестабильность КВС.

Неоднородность структуры и химического состава металлических материалов существенно снижает их качество, механические, физико-химические и технологические свойства. Это хорошо известный факт, не вызывающий ни у кого сомнения. С внедрением современных высоких технологий производства и обработки материалов проблема обеспечения однородности материалов и ее контроля естественно обострилась.

Парадоксально, но использование количественных показателей однородности материалов до сих пор не нашло должного распространения, хотя в литературе [32,33] описано несколько критериев оценки химической и структурной неоднородности материалов.

Для литых коррозионно-стойких сталей, как уже отмечалось, присуща разнозернистость, образующаяся после проведения литья.

Разнозернистость, как правило, отрицательно сказывается на

механических свойствах. Если максимальный размер зерна более чем в три

раза превосходит средний размер, то ухудшаются эксплуатационные

характеристики рабочих лопаток газовых турбин из сплавов на никелевой

18

основе. Кратковременная длительная прочность образцов с разнозернистой структурой на 10-25 % ниже, чем с однородным зерном, а скорость ползучести соответственно в 3-5 раз выше [34].

В шарикоподшипниковой хромистой стали ШХ15 полосчатая разнозернистость снижает ударную вязкость в упрочненном состоянии, предел прочности при изгибе, контактную выносливость и долговечность подшипников [35].

Разнозернистость существенно сказывается и на физических свойствах. Так, в ферритах с прямоугольной петлей гистерезиса разнозернистость резко ухудшает эту прямоугольность. В малотекстурованной динамной стали увеличиваются удельные потери [36].

В работе [37] Заблоцкий В.К. и Бартель Г.П. предлагали разнозернистость стали оценивать коэффициентом вариации площадей зерен, определяемых по методу случайных секущих на плоскости шлифа. Коэффициент вариации определяет разнозернистость в процентах с учетом общих площадей, занимаемых группами одинаковых зерен.

Штремель М.А. в работе [38] предлагает решение задачи количественного определения разнозернистости путем сравнения коэффициента вариации размеров хорд У„ с коэффициентом вариации размеров хорд Уп° для эталонной структуры по ГОСТ 5639-82 с одинаковым средним размером зерна. Разнозернистой признается структура, для которой Уп>Уп°, а величина У„ характеризует степень разнозернистости. Авторы [38] приводят оценки Г„°=0,450±0,026 для зерна № 8 по шкале ГОСТ 5639-82.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Маркова, Екатерина Витальевна, 2013 год

Список использованной литературы

1. Гольдштейн М.И., Грачёв C.B., Векслер Ю.Г. Специальные стали: учебник для вузов. М.: Металлургия, 1985. 408 с.

2. Вороненко В.И. Высокопрочные литейные коррозионно-стойкие стали аустенитно-ферритного класса // Литейное производство. 1993. №6. С.8-13.

3. Малимов Л.С. Использование причины получения метастабильного аустенита, регулирования его количества и стабильности при разработке экономолегированных сплавов и упрочняющих обработок // МиТОМ. 1996. №2. С.35-39.

4. Филлипов М.А., Литвинов М.С., Немировский Ю.Р. Стали с метастабильным аустенитом. М.: Металлургия, 1988. 256 с.

5. OkaYotaka, SatoShvji, Hiño Masayukio. Материал кровли из ферритных нержавеющих сталей // Kawasaki Scitetsogiko. Nanasaki Steel Giho. 1993. 25. №2. P. 150-151.

6. NSS431DP-2 hidhstrength dual-pfase stainless steel / Fujimoto Hiroski, IgawaTarashi, Miyakusa, Katsuhisa// Steel techn. rept. 1996. Vol.74. P.77-84.

7. Mitelen I., Lita G. Lin etcaprocesoton de precipitane in of ilubile in ox i dable austenito-ferito-rnartensitice, folosite in energetika hidravlica // Metalurgia. 1991. 43.Vol. 6. P. 18-23.

8. Nilsson S.O. Super duplex stainless steels // Materials Science and technology. 1992. V.2. P.685.

9. Низкоуглеродистые мартенситные стали/ Р.И. Энтин [и др.] // Известия АН СССР. Металлы. 1979. №3.

10. Бородулин Г.М., Мошкевич Е.И. Нержавеющая сталь. М.: Металлургия, 1973. 319 с.

11. Клейнер Л.М., Толчина И.В. Конструкционные низкоуглеродистые мартенситные стали: сб. науч.тр. // Черная металлургия РФ и стран СНГ в XXI веке. 1994.Кн.5. 213с.

1^171

12. Повышение структурной стабильности мартенситной стали с регулируемым а—»у превращением при отпуске /В.Г. Азбукин [и др.] // МиТОМ. 1982. №4. С. 11-13.

13. Ульянин Е.А., Свистунова Т.В., Левин Ф.Л. Высоколегированные коррозионно-стойкие сплавы. М.: Металлургия, 1987. 88с.

14. Гуляев А.П., Зикеев В.Н., Гусейнов Р.К. Влияние никеля и кобальта на свойства среднеуглеродистой стали высокопрочной стали //МиТОМ. 1975. №2. С.2-8.

15. Богачёв И.Н., Минцев Р.И. Кавитационное разрушение железоуглеродистых сплавов. Свердловск: ГНТИ машиностр.лит-ры. 1959. 110 с.

16. Baban В., Magrini М., Zambon A. Tempering of low cabon-martensite stainless steels //Heat treat and surfeit Eng.Brighton. 1996. P. 165-171.

17. Truman J. E. Iron and steel // Spec. kep. Technol .1981 . P.84.

18. Фельдгандлер Э.Г., Савкина Л.Я. Влияние легирования на упрочнение мартенситностареющих сталей систем Fe-Cr-Ni и Fe-Cr-Co // МиТОМ. 1985. №9. С.30-35.

19. Сокол И.Я. Термическая обработка качественной стали на металлургических заводах. М.: Металлургия, 1986. 160с.

20. Анастасиади Г.П., Колчина Р.В., Смирнова Л.Н. Влияние скорости охлаждения и термической обработки на химическую микронеоднородность стали 09Х16Н4БЛ // МиТОМ. 1985. №9. С.35-37.

21. Гурьев A.M., Хараев Ю.П. Теория и практика получения литого инструмента. Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2005. 220 с.

22. Структура и свойства литого металла свариваемых хромомарганцевоникелевых сталей /Т.С Кузнецова [и др.] // МиТОМ. 1989.

№ 3. С.53-57.

23. Структурообразование при кристаллизации двухфазных коррозионно-стойких сталей /Ю.М.Таран[и др.] // МиТОМ. № 2. С.20-25

24. Голиков И.Н., Масленков C.B. Дендритная ликвация в сталях и сплавах. М.: Металургия, 1976. 223 с.

25. Особенности кристаллизации сталей системы Fe-Cr-Ni-C // С.Г Чернявская [и др.] // Специальные стали и сплавы. М.: Металлургия, 1973. Вып.2. С.75-80.

26. Диаграммы состояния металлических систем, опубликованные в 1982-1983 годах. Выпуск XXVIII / под ред. М.В. Агеева М.: Всесоюзный институт научной и технической информации.

27. Федюкин В.К., Семагоринский М.Е. Термоциклическая обработка металлов и деталей машин. М.: Машиностроение, Ленингр. Отделение. 1989. 255с.

28. Анастасиади Г.П., Гиртов В.Л., Гуляев В.Р. Дендритная ликвация в коррозионно-стойких сталях // Известия вузов. Чёрная металлургия. 1977.

№ 5. С.148-151.

29. Дендритная неоднородность нержавеющих сталей /С.И. Красникова [и др.] //МиТОМ. 1985. № 10. С.55-59.

30. Гуляев А.П. Состояние предпревращения в сплавах железа // МиТОМ. 1991. №6 С.7-9.

31. Liu Ning, Deng Zhonggang, Hung Menggen. Effect of leat treatment on microstructure and mechanical properties of martensitic-ferritic stain lessstellcontaing 17% Cr and 2% Ni // Materials Science and technology. 1991. V.7. P.1057-1060.

32. Салтыков С.А. Стереометрическая металлография. M.: Металлургия, 1970. 376 с.

33. Чернявский К.С. Стереология в металловедении. М.: Металлургия, 1977. 280 с.

34. Копецкий Ч.В., Кулеско Г.И. Рекристаллизация сильно деформированной меди // ФММ. 1970. Т. 30. Вып. 1. С. 139-144.

35. Бернштейн М.Л., Займовский В.А. Структура и механические свойства металлов. - М.: Металлургия, 1970. 472 с.

36. Моделирование влияния разнозернистости аустенита на кинетику у—»a-превращения / Ю.Ф. Титовец [и др.] //МиТОМ. 2010. №2. С. 29-36.

37. Заблоцкий В.К., Бартель Г.П. Метод количественной оценки разнозернистости сталей // Заводская лаборатория. Диагностика материалов 1977. №7. С. 832-834.

38. Штремель М.А., Карабасова JI.B. О выборе характеристик зеренного строения // Заводская лаборатория. Диагностика материалов. 1984. №8. С.37-41.

39. Козицкий Д.В., Новиков В.У., Иванова B.C. Компьютерная методика мультифрактального анализа структуры материалов // Завод, лаб. 1998.Т. 64. № 11.С. 33-36.

40. Ondracek G. Zurquantitativen Gefüge-Feldeigenschafts-Korrelation mehrhasiger Werkstoffe Teil I, II, III (О количественной корреляции между свойствами и структурой многофазных материалов, Часть I, II, III). // Metall. 1982. Vol. 36. № 12. P. 1288-1290.

41. Гудремон Э. Специальные стали / пер. с англ.; под ред. A.C. Займовского, M.JI. Бернштейна. М.: Металлургия, 1959. Т. 1. 951с.

42. Потак JI.M. Высокопрочные стали. М.: Металлургия, 1972. С.208.

43. Устиновщиков Ю.И. Вторичное твердение конструкционных легированных сталей. М.: Металлургия, 1982. 128с.

44. Ланская К. А. Высокохромистые жаропрочные стали. М.: Металлургия, 1976. 216с.

45. Прокошкин С.Д., Савельева В.В. Дилатометрические эффекты и структурные изменения при отпуске закалённой стали // ФММ. 1986. Т.2. Вып.З. С.509-518.

46. Гуляев А.П. Исследование третьего превращения при отпуске стали // МиТОМ. 1955. № 1. С.40-46.

47. Белоус М.В. Превращения при отпуске стали. М.: Машгиз, 1973.

180с.

48. Объёмные эффекты при нагреве закалённых сплавов Fe-С/ M.B Белоус [и др.] // ФММ. 1995. Т.79. Вып.4. С.128-137.

49. Псарёв В.И., Куликов А.Ф. Структура хромоникелевой стали 14Х17Н2 после высокотемпературного отпуска // МиТОМ. 1995. № 5. С.36-37.

50. Садовский В.Д., Фокина К.А. Остаточный аустенит в закалённой стали. М.: Наука, 1986. 82с.

51. Блантер М.Е. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1984. 328с.

52. Металловедение и термическая обработка стали: справочник.

В 3 т. / под ред. М.JI. Бернштейна и Л.Г. Рахштадта. Т. 1. Методы испытаний и исследования. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1983. 351с.

53. Мадянов С.А., Седов В.И., Акаев Б.А. Влияние химической неоднородности твёрдых растворов на хрупкость сталей // МиТОМ. 1985. №9. С.38-41.

54. Апаев Б.А., Мадянов С.А., Вороненко Б.Н. Исследование химической микронеоднородности твёрдых растворов хрома и никеля в железе // Физика и электроника твёрдого тела. 1981. Вып. IV. С.64-70.

55. Кабес А.И. Исследование влияния аустенизации на структуру с целью повышения механических свойств хромистых сталей: автореф... канд. техн. наук. Екатеринбург, 1993. 23с.

56. Новиков И.И. Теория термической обработки. М.: Металлургия, 1986.480 с.

57. Тихолов A.C., Шоршоров М.Х. Термоциклическая обработка сталей, сплавов и композиционных материалов. М.: Наука, 1984. 186с.

58. Табаурова Э.В. Влияние термоциклической обработки на структуру и свойства углеродистых сталей // Металлы. 2002. № 1. С.82-85.

59. Гринберг Е.М., Фомина И.В. Разработка энергосберегающей технологии термической обработки литых изделий из коррозионно-стойкой стали // Материалы V МК «Актуальные проблемы материаловедения в металлургии» Новокузнецк. 1997. С. 101.

60. Структура и свойства стали 35ХН2МФА после ТЦО /В.М. Фарбер, [и др.]. Термическая обработка металлов. Свердловск, 1989. С.25-30.

61. Браун М.П. Влияние легирующих элементов на свойства стали. Киев: Гостехиздат УССР, 1962. 287с.

62. Поздняк Л.А., Скрынченко Ю.М., Тишаев Ю.М. Штамповые стали. М.: Металлургия, 1980. 244с.

63. Геллер Ю.И. Инструментальные стали. М.: Металлургия, 1975.

584с.

64. Раузин Я.Р. Термическая обработка хромистой стали. М.: Машгиз, 1961.384с.

65. Миркин И. Л., Лейтес А. В. Превращение остаточного аустенита в цементованной легированной стали// Структура и свойства термически обработанной стали. М.: Машгиз, 1951. С. 76 - 96.

66. Скрыльченко Ю.М., Поздняк Л.А., Кованько Г.Н. Инструментальные и подшипниковые стали: сб. №1. М.: Металлургия, 1973. 136 с.

67. Горелик С.С. Рекристаллизация металлов и сплавов М.: Металлургия, 1978. 568 с.

68. Измеров М.А. Методы определения фрактальной размерности инженерных поверхностей //Вестник Брянского государственного технического университета. 2006.№3. С. 10-17.

69. Иванова B.C., Курзина Е.Г. Мультифрактальная параметризация микроструктуры немагнитных сталей Mn-Ni-Cu-V после старения с целью выявления эффекта синергизма легирования //Металлы. 1999. №2. С.59-67.

70. Ролдугин В.И. Фрактальные структуры в материаловедении //Материаловедение. №4. 2005. С.22-29.

71. Бунин И.Ж., Колмаков А.Г., Встовский Г.В. Мультифракталы в оценке диссипативных свойств металлических материалов //Металлы. 1998. №1.С.103-106.

72. Vstovsky G.V., Bunin I.G. Multifractal parametrization of structure sinmaterial science //S.Advanc. Mater. 1994.№l.№3.C.230-240.

73. Mandelbrot B.B. The fractal geometry of nature. San Fransisco: W.H.Freeman.1982; Мандельброт Б. Фрактальная геометрия природы. M.: Институт компьютерных исследований, 2002.

74. Синергетика и фракталы в материаловедении / В.С.Иванова [и др. ] .М.:Наука,1994. 383с.

75. Методы исследований материалов: структура, свойства и процессы нанесения неорганических покрытий /Л. И. Тушинский [и др.] М.: Мир, 2004. 384 е.: ил.

76. Большаков В.И, Волчук В.Н., Дубров Ю.И. Разработка и исследование метода определения механических свойств металла на основе анализа фрактальной размерности его микроструктуры //МиТОМ. 2004.№1.С.43-54.

77. Встовский Г.В. Фрактальная модель усталостного разрушения дис. ...канд.физ.-мат.наук. М.: ИМЕТ, 1990. 150с.

78. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Бунин И.Ж. Введение в мультифрактальную параметризацию структур материалов. Москва - Ижевск: Научно-издательский центр «Регулярная и хаотическая динамика», 2001.

116 с.

79. Встовский Г.В. Фрактальная параметризация структур в металлах и сплавах: дис. ... д-ра физ.-мат. наук. М.: 2001. 257с.

80. Встовский Г.В., Колмаков А.Г., Терентьев В.Ф. Методология мультифрактальной параметризации структур материалов // Вестник ВГТУ. Сер. «Материаловедение», 1999. Вып.6.С.46-52.

81. Взаимосвязь механического поведения разнородных сварных соединений с морфологией их усталостных изломов / И.Р. Кузеев [и др.] //НТЖ «Нефтегазовое дело». 2011.Т.9. №1. С. 11-18.

82. Беляев A.B. Взаимосвязь механических свойств с

мультифрактальными параметрами деталей газотурбинных двигателей

177

сварной конструкции из сталей аустенитного класса [текст] / Э.Р.Галимов [и др.] // Проблемы энергетики. Казань: Изд-во КГЭУ, 2008. №11-12. С.144-148.

83. Выявление иерархической структуры механохимических полимерных покрытий металлических шаров по данным оптической микроскопии / Г.В. Встовский [и др.] // Завод, лаборатория. Диагностика мат-в. 2006. Т.72. №12. С.24-28.

84. Иванова B.C. Синергетика. Прочность и разрушение металлических материалов. М.: Наука, 1992. 160с.

85. Кулак М.И. Фрактальная механика материалов. Минск: Высшая школа, 2002. 304с.

86. Колмаков А.Г. Использование положений системного подхода при изучении структуры, особенностей пластической деформации и разрушения металлов //Металлы. 2004. №4. С.98-107.

87. Tanaka М., Lizuka Н. Characterization of grain boundaries by fractal geometry and creep-rupture properties of heatresistant alloys //Z. Metallk. 1991.B.82. №6. С 442-447.

88. Севостьянова И.Н., Кульков C.H. Фрактальные характеристики поверхностей деформации композиционного материала и их связь со структурой //Письма в ЖТФ. 1999, т.25. №2. С.34-38.

89. Фрактальный анализ поверхностей разрушения конструкционных сталей / А.А. Емельянов [и др.] //Изв. вузов. Чёрная металлургия, 1994. С.43-47.

90. Куликова Н.В., Хмелевская B.C., Бондаренко В.В. Компьютерный анализ процессов самоорганизации в металлических материалах //Математическое моделирование, 2006. Т. 18. №1. С.88-98.

91. Giona М., Piccirili P., Cimagalli V. Multifractal analysis of Chaotic Power Spectra//J. Phis.A: math.Gen. 1991. V.24. №1. C. 367-373.

92. Трефилов В.И., Картузов В.В., Минаков Н.В. Фрактальная размерность поверхности изломов //МиТОМ. 2001. №3. С. 10-13.

93. Иванова B.C., Шанявский A.A. Количественная фрактография. Усталостное разрушение. Челябинск: Металлургия. 1988. 400с.

94. Шанявский A.A. Фрактальная природа кинетики развития усталостных трещин в металлах //Металлы. 2000. №1. С.112-119.

95. Шанявский A.A. Синергетические аспекты фрактографического анализа эксплуатационных разрушений //Металлы. 1996. №6. С.83-92.

96. Встовский Г.В., Колмаков А.Г. Анализ влияния поверхностной обработки на структуру статистических изломов малолегированного молибдена с помощью мультифрактального формализма //Физика и химия обработки материалов. 1995. №6. С.66-81.

97. Картузов В.В., Минаков В.Н. Описание поверхности разрушения, происходящего по механизму образования и слияния ямок в представлениях фрактальной размерности //Электронная микроскопия и прочность металлов. Киев:ИПМ HAH Украины,2007. С.69-76.

98. Оценка риска неоднородности структур в конструкционной стали по наблюдениям изломов/ A.M. Арсенкин A.M. [и др.] //Известия вузов. Чёрная металлургия, 2009. №11. С.38-41.

99. Факторы неоднородности вязкости низколегированной стали 15Х2НМФА / A.B. Кудря [и др.] // Известия вузов. Чёрная металлургия 2009. №9.С.23-28.

100. Diskardt R.H., Haubensak F., Ritchie R.O. On the interpretation of the fractal character of fracture surfaces // ActaMet.Mater. 1990. 38. №2. C.143.

101. Кудрин А.Г., Маминов A.C. Влияние состава химического травителя на результаты мультифрактальной параметризации микроструктуры материалов //Проблемы и перспективы развития авиации, наземного транспорта и энергетики «АНТЭ-2009» -.материалы V Всероссийской НТК.Т.2.Казань:Изд-во Казан.гос.техн.ун-та, 2009.С.231-237.

102. Возможность идентификации механических свойств металла оборудования химических производств при экспертизе промышленной безопасности на базе метода мультифрактальной параметризации

/А.Д. Анваров [и др.] //Вестник Казанского технолог.ун-та. 2006. №1. С.77-82

103. Завалов A.B. Влияние легирующих элементов на превращение при отпуске остаточного аустенита в легированных сталях: дис.... канд.техн.наук. Тула, 2006.144 с.

104. Бенкерт М., Клемм X. Способы металлографического анализа: пер. с нем. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Металлургия, 1988. 400с.

105. Акшенцева А.Г. Металлография коррозионно-стойких сталей и сплавов: справочник. М.: Металлургия, 1991. 288с.

106. Русаков М.А. Рентгенография металлов. М.: Атомиздат, 1971.

239 с.

107. Методы испытаний, контроля и исследования машиностроительных материалов: справочное пособие. В 3 т. / под ред. А.Т. Тумакова . М.: Машиностроение, 1974. 235с.

108. Изломы конструкционных сталей: справочное издание / под ред. Л.П. Герасимова , A.A. Ежов , М.И. Маресев. М.: Металлургия, 1987. 272с.

109. Фомичева Н.Б., Канунникова И.Ю., Маркова Е.В. Основы мультифрактальной параметризации структур материалов: учеб. пособие. Тула: ТулГУ,2012. 270 с.

110. Колмаков А.Г., Бунин И.Ж., Встовский Г.В. Изменение мультифрактальных характеристик структур приповерхностных слоев деформируемого молибдена, вызванное поверхностным обезуглероживанием // ФХОМ. 1996. №4. С.60-69.

111. Мультифрактальный анализ поверхностей разрушения твёрдых тел/ Г.В. Встовский [ и др.] // Докл. РАН. 1995. №5.С.613-615.

112. Мультифрактальный анализ особенностей разрушения приповерхностных слоёв молибдена / Г.В. Встовский [ и др.] // Металлы. 1993. №3.С. 164-177.

113. Мультифрактальный анализ поверхностей разрушения твёрдых тел / Г.В. Встовский [ и др.] // Доклады Российской академии наук. 1995. Т.343. №5. С.613-615.

114. Нейман В.Г. Решение научных, инженерных и экономических задач с помощью ППП «Statgraphics». М.: Память, 1992.84с.

115. Коррозионно-стойкие стали и сплавы: справочник / под ред. Е.А. Ульянина. М. Металлургия, 1991. 256 с.

116. Кривоносова Е.А., Рудакова O.A., Встовский Г.В. Мультифрактальный анализ структурного состава зоны термического влияния сталей с карбонитридным упрочнением // Завод, лаборатория, 2010. Т.76. №10. С.15-19.

117. Архангельский С.И., Мельник A.C., Мельник Ю.В. Использование неспециализированных сканирующих устройств для количественного анализа микроструктур // Известия ТулГУ. Серия «Материаловедение».2002. Вып. 2. С. 54-59.

118. Исследование разнозернистости на цельнокатанных кольцах из сплава ЭИ 437БВД / В.В. Иванов [ и др.] // МиТОМ. №6. 1993.С.35-37.

119. Лабораторный практикум по металлографии и физическим свойствам металлов и сплавов// Б.И. Кример [ и др.] М: Металлургия, 1966. 250 с.

120. Гринберг Е.М., Архангельский С.И., Тихонова И.В. Дисперсия свойств как мера структурной неоднородности сплавов // Завод, лаборатория. 1996. №10.С.15-19.

121. Мультифрактальный анализ изменения зёренной структуры алюминиевого сплава при ударном воздействии скоростной частицей/

A.A. Оксогоев [ и др.] // Физика и химия обработки материалов. 1999. №4. С. 63-71.

122. Маркова Е.В. Влияние неметаллических включений на процесс разрушения коррозионно-стойкой стали 09Х16Н4БЛ // Материалы XIII Международной научно-технической Уральской школы-семинара металловедов - молодых учёных: сб. науч. Екатеринбург: УрФУ, 2012. С.3-4.

123. О влиянии оксидных включений на механические свойства стали с низким содержанием углерода/ И.Б. Гутовский [ и др.] //МиТОМ, 1991.№9.С13-16.

124. Явойский В.И., Кряновский Ю.В. Металлургия стали М. ¡Металлургия, 1983.С.267

125. Гончаренко В.И., Адамчук С.И., Цивирко Э.И. Сравнительная микротвердость стали и неметаллических включений при высоких температурах //Температурная микроскопия металлов и сплавов.М.:Наука, 1974. С.129.

126. Бельченко Г.И., Губенко С.И. Микротвердость неметаллических включений и марицы малоугеродистой стали // МиТОМ. 1978. №7. С.36-37.

127. Фомина И.В. Размерная стабильность коррозионно-стойких хромоникелевых сталей мартенситного класса: дис.... канд.техн.наук. Тула, 1998.272 с.

128. Тихонова И.В. , Гринберг Е.М., Маркова Е.В. Влияние химического состава на количество остаточного аустенита и склонность стали ко вторичной закалке // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып.1, Тула, 2012,

С. 114-122.

129. Гринберг Е.М., Гончаров С.С., Маркова Е.В. Влияние режимов термической обработки на количество остаточного аустенита в стали 09Х16Н4БЛ // Изв. ТулГУ. Технические науки. 2011. Вып.6. 4.2. Тула. С. 280285.

130. Гринберг Е.М., Гончаров С.С., Маркова Е.В. Влияние температуры закалки на количество остаточного аустенита в стали 09Х16Н4БЛ // Успехи современного естествознания.2012. №1. С. 98-99.

131. Новикова С.И. Тепловое расширение твёрдых тел. М.: Наука. 1974.

294с.

132. Спектор А.Г. Размерная стабильность подшипниковой стали. М.: Спец информцентр подшипниковой промышленности, 1969. 120с.

133. Гринберг Е.М., Маркова Е.В., Фомичева Н.Б. Мультифрактальный анализ структуры коррозионно-стойкой стали после различных этапов термической обработки // Изв. ТулГУ. Технические науки. Вып.8. Тула, 2012. С. 16-21.

134. Гуляев А.П., Гуляев A.A. Металловедение: учебник для вузов. 7-е изд., перераб. и доп. М.: ИД Альянс, 2011. 644с.

135. Химушин Ф.Ф. Нержавеющие стали М.: Металлургия, 1967. С.797.

136. Иванова B.C., Кузеев И.Р., Закирничная М.М. Синергетика и фракталы. Универсальность механического поведения материалов. Уфа: Изд-во УГНТУ. 1998. 363с.

137. Встовский Г.В., Гринберг Е.М., Маркова Е.В., Фомичева Н.Б. Фрактографические исследования поверхности изломов стали 09Х16Н4БЛ с использованием прикладного мультифрактального анализа // Перспективные материалы. М., 2012. №5. С.89-94.

138. Алексеев Р.И., Коровин Ю.И, Руководство по вычислению и обработке результатов количественного анализа.М.: Атомиздат. 1972.72с.

139. Vstovsky G.V. Factual Revelation of Correlation Leugths Hierarchy in Micro-and Nanostructures by Scanninq Probe Microscopy Data // Materials Science (medziagtyra). 2006 .Vol.12. №3.

140. Встовский Г.В., Гринберг E.M., Маркова E.B., Фомичева Н.Б. Мультифрактальный анализ зёренной структуры мартенситной стали 09Х16Н4БЛ после различных термических обработок //Перспективные материалы. М., 2013. №1. С.66-71.

141. Старовацкая С.Н., Маслов П.А. Использование фрактального анализа для исследования связи структуры и механических свойств изделий из стали перлитного класса //Фундаментальные проблемы современного материаловедения 2010. №4.Т.7. С.52-56.

гАНГЖ "Блик"

Ю.С. Тимофеев

2012 г.

УТВЕРЖДАЮ Голнаучной работе Щ В. Д.Кухарь

2012 г.

ТЕХНИЧЕСКИМ АКТ

Использования научно-исследовательской работы «Оптимизация режимов термической обработки литой коррозионностойкой стали 09Х16Н4БЛ в рамках работы над кандидатской диссертацией.

, Мы, нижеподписавшиеся, представители открытого акционерного общества Акционерной научно-промышленной компании "Блик" директор, к.т.н., лауреат Государственной премии СССР Тимофеев Юрий Сергеевич, ведущий .специалист Медведев Валерий Владимирович .

и Тульского государственного университета д.т.н., профессор Гринберг Е.М. и аспирант Маркова Е.В., составили настоящий акт в том, что результаты исследований по оптимизации и корректировке режимов термической обработки' литой коррозионностойкой стали 09Х16Н4БЛ были использованы в технологическом процессе обработки деталей опытных насосов для откачки нефти с повышенным содержанием серы, что позволило, в сравнении с процессом штатной технологии, уменьшить энергозатраты и продолжительность • операций термической обработки деталей из данной стали.

От ОАО АНПК "Блик" > От Тульского государственного

университета

ведущий специалист

Медведев В.В.

УТВЕРЖДАЮ

Акт

Об использовании результатов кандидатской диссертации аспирантки кафедрщ ФММ Марковой Екатерины Витальевны в учебном процессе.

На основе систематического изучения методов фрактальной и мультифрактальной параметризации применяемых для количественной оценки структурной неоднородности и морфологии поверхностей разрушения нержавеющих сталей было разрабртано и издано учебное пособие «Основы мультифрактальной параметризации структур материалов» (авторы Н.Б. Фомичева, И.Ю. Канунникова, Е.В. Маркова).

Пособие содержит методические указания для проведения практических работ, которые апробированы и используются в учебном процессе по курсам: «Физика поверхности», «Компьютерные технологии», «Коррозия и защита металлов», «Физика».

Зав кафедрой ФММ

Г.В.Маркова

Ведущие лекторы:

И.Ю.Канунникова

«УТВЕРЖДАЮ» ч

по научной работе ТулГУ

Кухарь В.Д. 20 УЗ г.

«УТВЕРЖДАЮ»

г > Дир^Щ)р по производству

Ч "

л

/ ^

Жилин Д.А. 20 /3 .г.

ТЕХНИЧЕСКИМ АКТ

использования научно-исследовательской работы по разработке и корректировке технологического процесса термической обработки коррозионностойкой стали 09Х16Н4БЛ

Мы, нижеподписавшиеся, представители ОАО «Конструкторское бюро приборостроения» в лице заместителя начальника отдела ОГТ1 Кичук Е.В. и

заместителя начальника цеха №3 Филина В.А. и ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет» в лице д.т.н., проф. Гринберга Е.М. и аспирантки Марковой Е.В. составили настоящий акт в том, что нижеперечисленные результаты, полученные при выполнении научных исследований представителями ФГБОУ ВПО ТулГУ, были использованы в ОАО «КБП» при разработке и корректировке технологического процесса термической обработки прецизионных деталей высокоточных приборов, что позволило полностью устранить брак и получить значительный экономический эффект.

Результатами исследований, принятыми в производство являются:

1 .Установленные рекомендации по корректировке химического состава (в пределах ГОСТ) по кремнию, марганцу и хрому при выплавке стали 09Х16Н4БЛ.

2.Разработанные режимы предварительной и окончательной термической обработки стали 09Х16Н4БЛ, позволившие обеспечить требуемый уровень механических свойств за счёт повышения химической и

Определение количества остаточного аустенита и механических

свойств

$(Типсйоп(){

$("#51агГ).с1юк(й]пс*юп(){

маг С = раг5еР1оаЦ$("#С")^а1()==,т ? О : $("#См).уа1());

var = раг5еР1оа1($("#8Г,)^а1()=="" ? О : $("#81")^а1());

чаг Мп = раг5еР1оа^$("#Мп").уа1()=="" ? О : $("#Мпи).уа1());

var Сг = раг5еР1оа1($("#Сг").уа1()=="" ? О : $("#Сг")^а1());

var N1 = рагвеГ\оа\($("Ж\").\/а\()=="" ? О : $("#МГ).уа1());

var Т = рагзеР1оа1($("#Т")^а1()=="" ? О : $("#Т").уа1());

var [\1Ь = раг5еР1оаЦ$(,,#МЬ")^а1()=="" ? О : $("#МЬ")^а1());

varAost= -125.5 +

22.2 * С + 1.6*51 + 6.2 * Мп + 1.99 *Сг *-С-1.25 *Сг + 5.58 * № + 0.118 * Т -7*

$(м#Ао5Г)^а1(Ао5^;

varS¡gb= 1286 +

22 * С + 4.5 *Сг-27 * Мп + 5 * № + 20 * № -150

70 * Мп * 51; $("#8|дЬ").уа1(8|дЬ);

уаг КСи = 640 +

280 * С + 15 * Сг -30 * Мп + 9 * ЫЬ + 25* N1 -100 *в1-67 * Мп * $("#КСи").уа1(КСи);

});

$("#гезеП.сПск(й]псйоп(){ $(,,трииехГ).уа1(,,0");

});

///

Оптимизация химического состава с использованием компромиссной целевой функции с помощью программы Eureka.

Целевая функция имеет вид:

aB(Zl) KCU(Z2) Aocr(Z3) F =--1-----» max

^впред ^^^пред ^ост пред

В качестве нормирующих значений были приняты:

^впред = 1200 МПа;KCUnpeA = 900 кДж/м2; постпред = 5 %.

Таблица 1 - Результаты оптимизации химического состава с применением компромиссной целевой функции

Edit

F(Zl,Z2,Z3):=(Zl(1200)+(Z2/600)-(Z3/3))

Zl=1286+22-Xl+4,5-X2-27-X3+5-X4+20-X5-150-X6-70-X3-X6

Z2= 640+280-X1+15-X2-30-X3+9-X4+25-X5-100-X6-67-X3 X6

Z3=-125,5+22,2-Х1+1,6-Х6+6,2-ХЗ+199-Х1-Х2-1,25-Х2+5,58-Х5+0,126-Х7-7-Х4

FZ=F(Z1,Z2,Z3)

0,075<X1<0,12

14,4<X2<17,2

0,46<X3<0,7

0,05<X4<0,08

3,5<X5<4,75

0,23<X6<0,61

900<X7<1100

Solution

XI (С) ~ 0,097 % X2 (Cr) -17,0% X3( Mn) ~ 0,46 % X4 (Nb) -0,05 % X5( Ni) ~ 4,3 % X6 ( Si) -0,27 % X7(T,°C) -1060

m

Оптимизация химического состава путём построения матрицы планирования эксперимента и нахождения целевой функции отклика

Таблица 2 - Матрица планирования эксперимента с кодированными значениями факторов

Часть плана Номер опыта х, х2 х,*х2 X,2 х22

«Ядро» плана 1 -1 -1 +1 +1 +1

2 +1 -1 -1 +1 +1

3 -1 +1 -1 +1 +1

4 +1 +1 +1 +1 +1

Звездные точки 5 -0,55 0 0 +0,3025 0

6 +0,55 0 0 -0,3025 0

7 0 +0,55 0 0 -0,3025

8 0 -0,55 0 0 +0,3025

Центр 9 0 0 0 0 0

Таблица 3 - Матрица планирования эксперимента с натуральными значениями факторов

Часть плана Номер опыта Факторы, мас.%

XI х2

«Ядро» плана 1 14,4 3,5

2 17,2 3,5

3 14,4 4,75

4 17,2 4,75

Звездные точки 5 15,5 4,0

6 16,1 4,0

7 15,8 4,3

8 15,8 3,7

Центр 9 15,8 4,0

Таблица 4 - Влияние содержания хрома (XI) и никеля (Х2) на механические свойства стали 09Х16Н4БЛ

Значения в экстремальных точках XI х2 ств, МПа КСи, кДж/м2

14,4 3,5 1320+11,5 903+8,6

17,2 3,5 1345+10,9 944+9,7

14,4 4,75 1367+12,4 966+10,5

17,2 4,75 1385+11,6 983+11,4

15,5 4,0 1317+11,2 907+9,7

16,1 4,0 1363+10,9 944+9,4

15,8 4,3 1322±Ю,6 914±10,7

15,8 3,7 1314±9,9 898±12,4

15,8 4,0 1317±11,8 907±11,5

Экстремум целевой функции (шах) XI 16,18 16,22

х2 4,75 4,83

Значение экстремума 1391 990

Уравнение поверхности отклика У=5245-2,5Х,*Х2+ 20,5Х,2 - 45 Х22 + 442Х2 -628Х] 112=0,8 У=5415-7X^X2+ 25Х[2 -49 Х22+ 560X2-737X1 112=0,89