Выбор и обоснование режима высокотемпературной обработки расплава литейной штамповой стали с целью улучшения ее структуры и свойств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.16.04, кандидат наук Михалкина, Ирина Владимировна

• Михалкина, Ирина Владимировна
• кандидат наук
• 2015

Оглавление диссертации кандидат наук Михалкина, Ирина Владимировна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Анализ условий работы штампов для горячего деформирования

1.2 Применение литого штампового инструмента

1.3 Влияние технологических факторов на структуру и свойства литейной инструментальной стали для штампов горячего деформирования

1.3.1 Легирование и микролегирование стали

1.3.2 Рафинирование и раскисление стали

1.3.3 Модифицирование стали

1.4 Наследственность структуры и свойств литой стали

1.5 Высокотемпературная обработка стали

1.6 Цели и задачи работы

ГЛАВА 2 МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ. ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

2.1 Выплавка опытных сплавов и заливка форм

2.2 Определение износостойкости сплавов

2.3 Определение ударно - абразивной износостойкости образцов

2.4 Определение твердости образцов

2.5 Дилатометрические и дериватографические исследования

2.6 Металлографические исследования

2.7 Методика проведения экспериментов

2.7.1 Методика исследования кинетики затвердевания отливок

2.7.2 Методика измерения кинематической вязкости

2.7.3 Методика определения коэффициентов влияния легирующих добавок

2.7.4 Методика проведения количественного фазового рентгеноструктурного анализа

ГЛАВА 3 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ОБРАБОТКИ РАСПЛАВА СТАЛИ С ЦЕЛЬЮ ВЫЯВЛЕНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ

ФОРМИРОВАНИЯ МАКРОСТРУКТУРЫ ОТЛИВКИ

ГЛАВА 4 ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРВИЧНОЙ ЛИТОЙ СТРУКТУРЫ И ЕЕ ВЛИЯНИЕ НА СВОЙСТВА ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ ДЛЯ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

4.1 Исследование структурообразования стали 4Х5В2ФСЛ методом вискозиметрии

4.2 Влияние высокотемпературной обработки расплава на формирование первичной литой структуры и свойств отливок штамповой стали для горячего деформирования

ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА ЛИТЕЙНОЙ ИНСТРУМЕНТАЛЬНОЙ СТАЛИ ДЛЯ ШТАМПОВ ГОРЯЧЕГО ДЕФОРМИРОВАНИЯ

5.1 Обоснование выбора базового состава литейной стали для штампов горячего деформирования

5.2 Выбор дополнительного легирующего комплекса литейной стали для штампов горячего деформирования

5.3 Металлографический, дериватографический и дилатометрический анализы литейной стали для штампов горячего деформирования

5.4 Термическая обработка

5.5 Опытно - промышленное опробование результатов работы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Приложение А

Приложение В

Приложение С

Приложение D

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Выбор и обоснование режима высокотемпературной обработки расплава литейной штамповой стали с целью улучшения ее структуры и свойств»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Развитие современной машиностроительной отрасли связано с повышением качества используемой инструментальной базы. Вопросы повышения работоспособности штампового инструмента, несмотря на многочисленные исследования и многолетние поиски, до настоящего времени не имеют окончательного решения и являются актуальной проблемой, имеющей большое научно - техническое и практическое значение в нашей стране.

Научные исследования показывают, что литой штамп и свойства литого материала не уступают в работоспособности кованому инструменту, а в некоторых случаях и превосходят.

Перспективным материалом для изготовления литого инструмента для штампов горячего деформирования, работающего в условиях температурно - силового нагружения является сложнолегированная сталь, которая в виду особенностей структуры способна обеспечивать высокий уровень механических свойств (твердость, прочность) и нескольких эксплуатационных свойств (износостойкость, теплостойкость и разгаростойкость).

Основная причина, по которой сдерживается применение литых штамповых материалов, наличие грубой литой структуры и карбидной неоднородности отливок и, как следствие, анизотропия свойств. Это оказывает негативное влияние на работу инструмента.

За счет металлургических мер возможно улучшение структуры и эксплуатационных свойств литых штампов, получаемых из уже известных марок сталей. Большое внимание должно уделяться выбору способа приготовления исходного расплава стали, поиску оптимальных условий его кристаллизации в форме, устранению наследственной связи структуры и состава шихтовых материалов со свойствами и структурами расплавов.

Эффективным способом теплового воздействия, позволяющим устранить признаки наследственности структуры, сократить размеры и количество усадочных дефектов и получать высокий комплекс механических и эксплуатационных

свойств отливок, является высокотемпературная обработка расплава (ВТОР) стали.

Исследованиям свойств и строению металлических расплавов посвящены работы таких ученых как Б.А. Баума, A.M. Самарина, Г.В. Тягунова, B.C. Цепеле-ва, В.Н. Ларионова. Однако имеющихся сведений недостаточно для установления взаимосвязи ВТОР, различных скоростей охлаждения сплавов при кристаллизации и первичной литой структуры штамповой стали.

Определение рационального режима проведения высокотемпературной обработки расплава основано на изучении закономерностей изменения физических свойств жидких сплавов под тепловым воздействием и взаимосвязи структурооб-разования и жидкого состояния расплава.

Цель работы. Выбор и обоснование режима высокотемпературной обработки расплава и химического состава литейной стали для штампов горячего деформирования. Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

1. Установление особенностей формирования микро — и макроструктуры отливок с учетом скорости охлаждения в форме.

2. Установление взаимосвязи параметров высокотемпературной обработки расплавов, скорости охлаждения сплавов в форме, химического состава и первичной литой структуры отливок.

3. Разработка режима высокотемпературной обработки расплава стали.

Научная новизна работы:

1. Установлены закономерности формирования макроструктуры модельного сплава при различных скоростях охлаждения в литейных формах, которые были применены для обоснования высокотемпературной обработки металлических расплавов.

2. Выявлено образование новых кластерных групп после получения разупо-рядоченного состояния расплава стали 4Х5В2ФСЛ, что подтверждается разницей значений энергий активации вязкого течения расплава в области жидкого состояния стали при нагреве (2724,01 Дж/моль) и при охлаждении (2742,3 Дж/моль).

3. Высокотемпературная обработка расплава стали 4Х5В2ФСЛ количественно и качественно меняет ее фазовый состав в зависимости от скорости при последующей кристаллизации в литейной форме, а именно: размер игл мартенсита, количество остаточного аустенита, протяженность ферритной составляющей, размер, форму и количество карбидов.

4. Экспериментально установлены температурно - временные параметры

о

для обработки расплава стали 4Х5В2ФСЛ: выдержка в интервале 1710 - 1760 С не более 5 минут.

Практическая значимость работы:

1. Полученные закономерности формирования микро - и макроструктуры модельного сплава позволяют обосновать определение количественных параметров высокотемпературной обработки металлических расплавов.

2. Получены значения механических (твердость НЯС и прочность ов) и эксплуатационных свойств (коэффициент износостойкости Ки) штамповой стали для горячего деформирования 4Х5В2ФС в литом состоянии до и после проведения ВТОР, и охлаждаемой при различных скоростях в форме, которые могут использоваться как справочные данные.

3. Получены ряды влияния химических элементов на механические и специальные свойства литой штамповой стали, которые позволяют уточнять ее конкретный химический состав на требуемые свойства.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Результаты физического моделирования высокотемпературной обработки расплава на формирование микро - и макроструктуры отливок.

2. Результаты исследования структурного состояния расплава стали 4Х5В2ФСЛ при ее нагреве и охлаждении на основе измерения кинематической вязкости.

3. Результаты исследований по влиянию температуры заливки, режимов высокотемпературной обработки расплава, химического состава на структурообра-зование, механические и специальные свойства штамповой стали 4Х5В2ФСЛ.

4. Режим высокотемпературной обработки расплава стали 4Х5В2ФСЛ.

Достоверность полученных результатов подтверждается использованием при проведении исследований современных высокоточных измерительных приборов; успешным проведением промышленных плавок с использованием рекомендаций, полученных на основе проведенных в работе исследований; публикацией результатов исследований в печати и их апробацией на научно — технических конференциях.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были доложены и обсуждены на 68 - ой, 69 - ой, 70 - ой научно - технических конференциях, г. Магнитогорск, 2010, 2011, 2012 гг. соответственно, 12-ой научно — технической уральской школе - семинаре металловедов-молодых ученых, г. Екатеринбург, 2011г.

Работа выполнена в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 — 2013 годы направления «Металлургические технологии» (ГК №14.740.11.1242 от 15 июня 2011 г.) по теме «Синтез литейной инструментальной стали для штампов горячего и холодного деформирования».

ГЛАВА 1 СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА

1.1 Анализ условий работы штампов для горячего деформирования

В соответствии с действующими стандартами [1], штампом является инструмент для обработки давлением, поверхность или контур одной, или обеих частей которого соответствует обработанной детали или заготовке.

Принято делить стали для штампов горячего деформирования на три основные группы: стали умеренной теплостойкости и повышенной вязкости; стали повышенной теплостойкости и вязкости; стали высокой теплостойкости [2, 3]. Целесообразно иметь две схемы классификации сталей, применяемых для изготовления штампов горячего деформирования [4]: по химическому составу и структуре; по свойствам и назначению.

Следует выделить следующие особенности работы инструментов при горячем деформировании.

1. Высокий разогрев штампов в процессе работы. Температура поверхностных слоев (толщиной до 0,6 — 1,0 мм) штамповых инструментов скоростных молотов и прессов может достигать при штамповке жаропрочных и других трудно-деформируемых материалов 650 - 750 °С [5]. При этом основная масса штампа остается прогретой до 400 - 500 °С. При некоторых процессах горячего прессования поверхностный слой рабочих частей штампов глубиной в несколько микрон разогревается до 900 - 1000 °С [6].

2. Цикличность температурно - силового нагружения, что приводит к значительному разупрочнению приконтактных участков материала с образованием структуры типа зернистого перлита, а в ряде случаев к возникновению слоя повышенной твердости и расположенной за ним разупрочненной зоны. Интенсивность разупрочнения, момент зарождения и скорость развития трещин во многом зависят от характера структурно - фазовых и диффузионных процессов, протекающих в контактных объемах инструмента [5, 7].

3. Большие удельные давления на инструмент. Они зависят от вида штампуемого материала, температуры нагрева, конфигурации детали, качества смазки,

г

степени удаления окалины, величины износа штампа и т. п. [8 - 10].

Различают следующие виды повреждений гравюр штампов: износ участков гравюры (абразивный, адгезионный и окислительный); пластическая деформация (смятие); трещины термического (термомеханического) происхождения, образующие разгарную сетку; трещины механической усталости (образуются в местах повышенной концентрации напряжений) [11-13].

Требования, предъявляемые к штамповым сталям, делятся на эксплуатационные и технологические.

Эксплуатационные требования для штамповых сталей предусматривают высокие механические свойства в диапазоне температур нагрева штампов.

1. Высокая теплостойкость, обеспечивающая необходимое сопротивление пластической деформации в рабочей поверхности штампа при нагреве. Она характеризуется по температуре, при которой предел текучести остается не ниже 900 - 1000 МПа, поскольку удельные нагрузки при горячей штамповке достигают 800 - 900 МПа и по температуре нагрева, после которого сталь сохраняет твердость Н11С 45 (а также НЯС 50 для более теплостойких сталей).

2. Твердость — характеризуется наименьшей жесткостью нагружения и определяет сопротивление пластической деформации и контактным напряжениям. Твердость сталей в зависимости от их состава и структуры возможно изменять в очень широких пределах.

3. Разгаростойкость (термостойкость) - сопротивление термической усталости. Разгаростойкость тем выше, чем больше вязкость и меньше коэффициент теплового расширения [14 — 17].

4. Высокий предел текучести в виду того, что в процессе работы сильно нагревается поверхностный слой штампа.

5. Высокая износостойкость (Ки) при рабочих температурах. Она определяется составом, структурой и свойствами стали, свойствами обрабатываемого из-

делия, условиями эксплуатации инструмента, которые определяют характер износа.

6. Высокая прокаливаемость штамповых сталей требуется для получения хорошего комплекса свойств материала по всему сечению штампа.

7. Малая чувствительность стали к отпускной хрупкости. Поверхностный слой штампа (иногда и весь штамп) нагревается до высоких температур (более 650 - 700 °С), когда может проявиться явление отпускной хрупкости и может произойти такое понижение вязкости, которое приведет к поломке штампа [18].

8. Циклическое нагружение инструмента. По мнению авторов, [19] в условиях работы штампов часть выделяющегося при окислении водорода может адсорбироваться поверхностью и диффундировать в контактную зону инструмента.

Технологические требования для штамповых сталей предусматривают: обрабатываемость давлением и резанием; устойчивость против обезуглероживания и окисления; деформируемость и чувствительность к образованию трещин при термической обработке; закаливаемость и прокаливаемость; чувствительность к перегреву и пережогу.

1.2 Применение литого штампового инструмента

Наряду с развитием и совершенствованием таких способов изготовления инструмента, как ковка и штамповка, литье является перспективным способом производства. Изготовление штампов отливкой с последующей механической и термической обработкой на требуемую твердость позволяет отказаться от ковки и сокращает обработку резанием, особенно штампов со сложной конфигурацией. Одновременно с этим происходит сокращение трудозатрат, снижается расход металла, и сокращается весь производственный цикл в целом. Ряд проведенных исследований [11] показывает, что литой штамп и свойства литого материала не уступают в работоспособности инструменту, полученному путем деформации, а в некоторых случаях и превосходят.

и

Основное различие литого штампа и инструмента, получаемого путем деформации - в вязкости и износостойкости. Литая сталь обладает меньшим износом, чем деформированная. Например, вязкость литых сталей типа 4Х5МФ на 25 — 30 % ниже, чем кованных, но при этом износостойкость в литых штампах несколько выше [16]. Преимуществом использования литого инструмента является то, что структура и свойства близки в различных направлениях, в то время как у поковок они в очень большой степени зависят от направления течения металла. Поперек волокна заготовки показатели механических свойств имеют пониженные значения.

Несмотря на очевидную возможность использования литого инструмента, его применение не находит широкого применения ввиду недостаточного объема знаний и данных:

- об особенностях структурообразования штамповых сталей в литом состоянии и их взаимосвязи с эксплуатационными свойствами штампов;

- по составу стали для изготовления литых штампов;

- о рациональных технологических процессах изготовления литого инструмента, способствующих получению благоприятной первичной литой структуры;

- об оптимальных режимах термообработки и возможности использования традиционных режимов, применяемых для деформируемого материала.

В первую очередь применение литых штамповых материалов сдерживается из - за получения грубой неоднородной структуры. Причиной образования структурной неоднородности, например, карбидной, является химическая неоднородность, которая формируется при кристаллизации. Неоднородность структуры может привести к появлению значительного количества дефектов, пониженной прочности и повышенной хрупкости, что оказывает негативное влияние на работу инструмента. При ковке же металл упрочняется, размельчаются крупные кристаллы, в результате чего структура становится мелкозернистой, приобретает волокнистое строение.

Ряд исследований [4] показывает возможность улучшения структуры и соответственно эксплуатационных свойств литых штампов, получаемых из уже из-

вестных марок сталей, за счет металлургических мер и оптимизации термической обработки [20 - 24]. Это делает возможным успешную эксплуатацию различных видов кузнечных штампов благодаря сохранению преимуществ литой структуры. Большое внимание должно уделяться выбору способа приготовления исходного расплава стали, поиску оптимальных условий его кристаллизации и, как следствие, получение благоприятной первичной литой структуры без признаков наследственности. Качество жидкого металла в значительной степени определяется плавильным агрегатом шихтовых материалов, плавильного агрегата, методов плавки и обработки расплава (раскисление, рафинирование и модифицирование).

1.3 Влияние технологических факторов на структуру и свойства литейной инструментальной стали для штампов горячего деформирования

Решение проблемы повышения свойств литого металла до уровня свойств штампованного материала сводится к обеспечению прогнозируемого оптимального фазово — структурного состава стали и структуры штампа, определяемых легированием, режимом выплавки и условиями кристаллизации металла в форме [25-31].

Плавка штамповой стали осуществляется при высоких температурах и сопровождается сложными физико - химическими процессами взаимодействия расплава, шлаков, печных и атмосферных газов и футеровки печи. Выбор метода плавки и типа плавильного агрегата определяется составом и свойствами стали, объемом производства, массой отливок, требованиями к их качеству, технико-экономическими показателями процесса. Высоколегированные стали выплавляют в дуговых электропечах с основной футеровкой и индукционных тигельных печах. К преимуществам основного электродугового процесса относят: использование рядовой шихты, малый угар легирующих элементов, возможность удаления серы и фосфора, высокое качество. К недостаткам — низкая стойкость футеровки при работе с перерывами, пониженная производительность. К недостаткам индукционного процесса стоит отнести: необходимость применения чистых исход-

ных материалов, низкая температура шлаков, их высокая вязкость и малая активность, что затрудняет процессы дефосфорации, десульфурации и раскисление. В то же время высокая вязкость шлаков и их малая жидкоподвижность способствует защите металла от проникновения газов (водорода и азота) из атмосферы. К остальным преимуществам относятся — высокая производительность, малый угар легирующих элементов; быстрый нагрев и хорошее перемешивание, способствующее выравниванию температуры по всему объему ванны и обеспечивающее большую однородность химического состава стали; нет науглероживания металла от электродов, позволяющее переплавлять высоколегированные отходы без добавок низкоуглеродистой заготовки [32, 33].

К основным факторам, определяющим условия кристаллизации расплава, относят скорость охлаждения расплава и температуру заливки.

При разработке технологических режимов выплавки стали большое значение имеет определение значений оптимальной температуры ведения процесса. Температура заливки штамповой стали должна составлять не менее 80 °С выше температуры ликвидуса. Температура перегрева расплава определяется главным образом конструкцией отливок. Чем меньше толщина стенок и больше габаритные размеры отливки, тем выше должна быть температура заливаемого расплава. Заливку массивных отливок с целью уменьшения усадки производят расплавом с более низкой температурой.

Скорость охлаждения - фактор, который определяет характеристики первичной литой структуры стали. Определяя переохлаждение, при котором начинается кристаллизация, скорость охлаждения отливки меняет кристаллизационные параметры — скорость образования центров и линейную скорость роста кристаллов. Скорость охлаждения отливки определяется главным образом приведенной толщиной отливки, типом литейной формы, температурой заливки и неодинакова на поверхности и в центре отливки, особенно массивной. Знание характера изменения этих свойств позволяет управлять конечной литой структурой сплавов и прогнозировать их свойства.

Проводимые эксперименты по определению влияния основных технологических факторов литых сталей показали, что улучшение их свойств при ускоренном теплоотводе обусловлено формированием более дисперсной и однородной структуры. Литые быстро охлаждённые стали могут превосходить по уровню свойств деформированные стали аналогичного химического состава [27].

Производство крупноразмерных отливок штампов требуют применения особых способов, таких, как управляемое охлаждение в процессе затвердевания, или различные способы плавления. Это позволит получать отливки со структурой, максимально приближенной к структуре деформируемого материала.

Большое значение в получении качественных литых заготовок из инструментальных сталей имеет технология плавки, которая должна обеспечивать чистоту металла по неметаллическим включениям и нежелательным примесям. Для этого необходимо иметь чистые шихтовые материалы, проводить специальную обработку жидкого расплава (рафинирование и модифицирование). Повышенная загрязненность границ литых зерен приводит к снижению пластичности и вязкости [29, 34].

При выплавке стали в любом агрегате одной из задач является — получение заданной массы жидкой стали определенного химического состава. Она включает в себя рафинирование металла, раскисление и легирование.

1.3.1 Легирование и микролегирование стали

Одним из основных способов воздействия на структурообразование металлических материалов, широко используемых для повышения их работоспособности, является легирование. Легирующие элементы оказывают влияние на структуру и свойства сталей в результате сложных физико - химических процессов, протекающих в жидком, затвердевающем и твердом его состоянии.

Широко применяется комплексное легирование несколькими элементами в минимально необходимых количествах с целью получения оптимальных структур и эксплуатационных свойств стали [35 — 38]. Основными легирующими элемен-

тами являются хром, никель, вольфрам, молибден, ванадий, кремний и марганец, реже встречаются стали с кобальтом [31, 35 - 37]. Роль того или иного свойства для штамповой стали горячего деформирования может изменяться в зависимости от рабочих условий штампа. Поэтому составы штамповых сталей разного назначения могут существенно различаться.

Принципы оптимизации химического состава штамповых сталей.

1. Схемы легирования и конкретный состав отдельных марок необходимо выбирать с целью достижения максимальных значений свойств, преимущественно определяющих работоспособность данного типа инструментов, при сохранении остальных характеристик на удовлетворительном уровне.

2. Всякое усложнение схемы и повышение общего уровня легирования сталей является оправданными только в том случае, если действительно приводит к увеличению срока службы и надежности работы инструментов.

3. Универсальных по назначению сталей нет. Изыскание новых и определенных рациональных областей применения известных марок должно быть основано на предварительном прогнозировании срока службы и надежности работы инструментов.

4. Несмотря на различия в структуре и свойствах в инструментальных сталях на основе а — железа с карбидным упрочнением, существуют вполне определенные, максимально достижимые значения основных характеристик (износостойкость, твердость, прочность, вязкость, и т.д).

В теории легировании, изложенной профессором Ю. А. Геллером [5] представлены следующие положения:

1. Твердость и теплостойкость инструментальных сталей и сплавов тем выше, чем больше количество упрочняющих частиц и выше их свойства, в частности, устойчивость против коагуляции, в процессе которой частицы укрупняются и, как следствие, уменьшается их количество.

2. Чем выше температура отпуска на максимальную вторичную твердость («предельная температура отпуска»), тем больше теплостойкость инструментальных сплавов.

3. Упрочняющими фазами инструментальных сталей и сплавов являются карбиды на основе вольфрама и молибдена (М2С), ванадия (МС), хрома (М2зС6), а также интерметаллиды.

4. Карбиды располагаются в порядке уменьшения их максимального количества, необходимого для упрочнения теплостойких сталей и сплавов: М2зСб, М2С, МС.

5. Карбиды по своему качеству, то есть по уровню свойств (устойчивости против коагуляции, твердости, модулю сдвига, удельному весу, несоответствию кристаллических решеток и решетки мартенсита при сохранении когерентной или полукогерентной границы между ними и т.п.) располагаются в порядке его повышения: М23С6, М2С и МС.

6. Количество упрочняющих карбидов увеличивается по мере повышения растворимости углерода и легирующих компонентов в аустените и, следовательно, в мартенсите теплостойких сталей и сплавов в результате закалки.

7. Свойства карбидов зависят от их химического состава и определяются отношением концентраций легирующих компонентов и углерода в мартенсите, из которого они выделяются в процессе отпуска.

8. С повышением температуры отпуска и приближением структуры сталей и сплавов к равновесному состоянию карбиды МС, М23С6 и интерметаллиды М "7 М "6 сохраняют свою кристаллическую решетку.

9. Предельная температура отпуска (ПТО), нагрев при которой позволяет получить наибольшую твердость инструмента за время, сильно зависит от температуры полиморфного а => у превращения сплавов на основе железа [2, 6].

10. Заметное снижение твердости при нагреве дисперсионно — твердеющих сталей и сплавов связано с коагуляцией упрочняющих частиц и с развитием процесса рекристаллизации мартенсита.

Закономерности влияния химического состава сплавов на диаграммы состояния и предельную растворимость в железе следующие:

1. Степень изоморфности кристаллической решетки элемента с одной из модификаций железа определяет, какую из них он стабилизирует.

2. На степень протяженности у - области влияет величина атомного радиуса элемента [4, 9];

3. Растворимость в железе (как и в других металлах) элементов определяется различиями в атомных диаметрах, способностью элементов образовывать устойчивые карбиды, нитриды и другие фазы, ограничивающие область твердых растворов, и изоструктурностью легирующего элемента и определенной модификации железа. Согласно правилу Юм - Розери они не должны превышать ±15%

[9].

Для повышения эксплуатационных характеристик при экономном расходовании дорогостоящих легирующих элементов большое внимание уделяется микролегированию. Влияние микролегирующих добавок проявляется в основном в твердом состоянии при образовании растворов внедрения или замещения, воздействии на степень дисперсности вторичных зерен и неметаллических включений, на строение границ зерен, тонкую структуру и нейтрализацию влияния вредных примесей. Это позволяет более целенаправленно вести технологический процесс, обеспечивая мелкое исходное аустенитное зерно, минимальный рост зерна при технологических переделах — пластической деформации и термической обработке [39, 40].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Михалкина, Ирина Владимировна, 2015 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Арзамасов, Б. Н. Конструкционные материалы: справочник; под общ. ред. Б. Н. Арзамасова. - М.: Машиностроение, 1990. - 688 с.

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

3. Позняк, Л. А. Штамповые стали / Л.А. Позняк, Ю.М. Скрынченко, С.И. Тишаев. - М.: Металлургия, 1980. - 244 с.

4. Колокольцев, В.М. Выплавка качественной стали для фасонного литья: учебное пособие / В.М. Колокольцев, В.В. Бахметьев, К.Н. Вдовин, Л.Я. Козлов, В.В. Лаптин, А.Е. Семин; под. ред. В.М. Колокольцева. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2007. - 268 с.

5. Геллер, Ю.А. Инструментальные стали / Ю.А. Геллер. -4-е изд. - М.: Металлургия, 1975. - 584 с.

6. Хараев, Ю. П. Структура и свойства литого инструмента / Ю.П. Хараев. -Барнаул: АлтГТУ, 2004. - 143 с.

7. Деордиева, Н.Т. Штамповые стали. Состав, свойства, термическая обработка / Н.Т. Деордиева, Л.А. Позняк. - М.: Машиностроение, 1964. - 129 с.

8. Трахтенберг, Б.Ф. Некоторые закономерности разупрочнения и разрушения контактных объемов инструмента при горячей штамповке / М.С. Кенис, М.А. Шубина // Штамповые стали. - 1968.- № 18.- С. 37- 54.

9. Гольдштейн, М. И. Специальные стали: учебник для вузов / М.И. Гольдштейн, C.B. Грачев, Ю.Г. Векслер. — М.: Металлургия, 1985. - 408 с.

10. Сторожев, М.В. Ковка и объемная штамповка стали; под ред. М.В. Сто-рожева. - М.: Машиностроение, 1967. - Т. 1. 203 с.

П.Бельский, Е.И. Стойкость кузнечных штампов / Е.И. Бельский. - Минск: Наука и техника. - 1975. - 239 с.

12. Воробьева, Г.А. Инструментальные материалы: учебное пособие для ВУЗов / Г.А. Воробьева, Е.Е. Складнова, А.Ф. Леонов, В.К. Ерофеев. - СПб.: Политехника, 2005. - 268 с.

13. Трахтенберг, Б.Ф. Влияние режима термической обработки на сопротивление термомеханической усталости некоторых штамповых сталей и стойкость инструмента / Б.Ф. Трахтенберг, А.И. Иванов и др.// Штамповые материалы. -1968. -№ 18.-С. 20-22.

М.Шкатов, А.П. Исследование структуры и свойств некоторых сталей для штампов горячего деформирования / А.П. Шкатов, Т.И. Зенченко // Штамповые стали: сборник статей. - Москва, 1964. - № 9. С. 15 - 28.

15. Шкатов, А.П. Выбор режимов термической обработки штамповых сталей и стойкость прессовых штампов / А.П. Шкатов // Штамповые стали. - 1964. -№9.-С. 28-43.

16. Журавлев, В.Н. Штампы для горячего деформирования, режимы и способы их изготовления /В.Н. Журавлев. - М.: ЦНИИТЭИтракторосельхозмаш, 1976.-55 с.

17. Никитин, М.В. Повышение износостойкости конструкционных сталей за счет металлургических факторов производства / М.В. Никитин, В.М. Маслюк, Н.В. Лазько // Металлург. - 2010. - №1. - С. 45 - 47.

18. Куниловский, В.В. Литые штампы для горячего объемного деформирования / В.В. Куниловский, В.К. Крутиков. - Л.: Машиностроение. Ленинградское отделение, 1987. - 126 с.

19. Сторожев, М.В. Ковка и объемная штамповка стали; под ред. М.В. Сто-рожева. - М.: Машиностроение, 1968. - Т. 2. 449 с.

20. Гурьев, A.M. Особенности термической обработки литых инструментальных сталей / A.M. Гурьев, Ю.П. Хараев // Прогрессивные технологии в машиностроении: сборник материалов симпозиума. - Рубцовск, 1995. - С 84 - 86.

21. Способ термоциклической обработки инструментальных сталей / A.M. Гурьев, Л.Г. Ворошнин и др. // Патент №2078440, РФ, кл. С 21 Д 1/78 от 27.04.97.

22. Способ термоциклической обработки инструментальной стали / A.M. Гурьев, Г.А. Околович, Д.П. Чепрасов, С.А. Земляков // Патент№2131469, РФ, С 21 Д 1/78 10.06.99. Бюл. № 16.

23. Гурьев, A.M. Термоциклическое и химико - термоциклическое упрочнение сталей / A.M. Гурьев, Л.Г. Ворошнин, Ю.П. Хараев, Б.Д. Лыгденов, С.А. Земляков, O.A. Гурьева, A.A. Колядин, О.В. Попова // Ползуновский вестник. - 2005. - № 2. - С. 36-43.

24. Гурьев, A.M. Упрочнение литой быстрорежущей стали термоциклической обработкой/ A.M. Гурьев, Ю.П. Хараев, М.А. Гурьев // Современные наукоемкие технологии. - 2005. - № 10. - С 79 - 81.

25. Тимошпольский, В.И. Стальной слиток / В.И. Тимошпольский, Ю.А. Самойлович. — Мн.: Беларусская навука, 2000. - Т 1. 583 с.

26. Колокольцев, В.М. Легирование и модифицирование литых сталей / В.М. Колокольцев. - Магнитогорск: МГМИ, 1993. - 80 с.

27. Кондратюк, С.Е. О повышении свойств литых сталей / С.Е. Кондратюк // Литейное производство. - 2003. - №8. - С. 39 - 41.

28. Лубяной, Д.А. Применение термовременной обработки и нестационарной продувки для рафинирования железоуглеродистых расплавов на ОАО «ЗСМК» / Д.А. Лубяной // Неделя металлов в Москве. 11-14 ноября 2008г.: сб. трудов конференций. - 2009. - С. 246 -252.

29. Бахметьев, В.В. Повышение свойств литейных сталей внепечной обработкой кальций - магниевыми лигатурами с РЗМ /В.В. Бахметьев, В.М. Колокольцев, А.Ф. Миляев// Литейное производство—2006.-№11. — С. 7 — 10.

30. Белянчиков, Л.Н. Современные тенденции повышения качества стали для режущего и металлообрабатывающего инструмента. Напылительное формирование депозитных слитков / Л.Н. Белянчиков // Электрометаллургия - 2008. -№8.-С. 10-33.

31. Артингер, И. Инструментальные стали и их термическая обработка: пер. с венгр. / И. Артингер. - М.: Металлургия, 1982. - 312 с.

32. Козлов Л.Я. Производство стальных отливок: учебник для вузов: под ред. Л.Я. Козлова / Л.Я. Козлов, В.М. Колокольцев, К.Н. Вдовин, Э.Б. Тен, Л.Б. Долгополова, A.A. Филиппенков. - М.: МИСИС, 2003. - 352 с.

33. Вдовин К.Н. Выбор плавильных агрегатов и расчеты шихты для выплавки чугуна и стали: учебное пособие / К.Н. Вдовин. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2006. - 121 с.

34. Баум, Б.А. Повышение технологических свойств металлопродукции путем термовременной обработки расплава / Б.А. Баум, Г.В. Тягунов, П.С. Попель, Г.А. Хасин, Л.В. Коваленко // Сталь. - 1987. -№ 10. - С.21 - 24.

35. Понкратин, E.H. Новые теплостойкие стали для штампов горячего деформирования / E.H. Понкратин, Д.В. Ленартович, А.Б. Стеблов // Сталь. - 2009. -№1. - С. 77-80.

36. Стеблов, А.Б. Новая сталь для штампов горячего деформирования / А.Б. Стеблов, Д.В. Ленартович, E.H. Понкратин // Металлург. - 2009. - №2. - С. 41 -43.

37.Бабаскин, Ю.З. Конструкционные и специальные литейные стали с кар-бонитридным упрочнением / Ю.З. Бабаскин, С.Я. Шипицын и др. // Литейное производство. - 2003. - №8. - С. 32- 38.

38. Кремнев, Л.С. Теория легирования и создание на ее основе теплостойких инструментальных сталей и сплавов / Л.С. Кремнев // Металловедение и термическая обработка металлов. — 2008. -№11. - С. 18 - 27.

39. Пилюшенко, В.Л. Влияние микролегирования на служебные характеристики стали / В. Л. Пилюшенко // Сталь. - 1987. - №10. - С. 24 - 26.

40. Пилюшенко, В.Л. Технологические аспекты микролегирования и модифицирования стали массового назначения / В.Л. Пилюшенко, В.А. Вихлевшук, C.B. Лепорский // Сталь. - 1987. - № 10. - С. 35 - 39.

41. Макаров, Д.Н. Освоение выплавки сложнолегированных конструкционных инструментальных сталей в 100-т электропечи / Д.Н. Макаров, В.И. Антонов и др. // Сталь. - 2008. - № 3. - С.44 - 45.

42. Стеценко, В.Ю. Активизация процессов модифицирования металлов и сплавов / В.Ю. Стеценко, Е.И. Марукович // Литейное производство. — 2006. — №11.-С. 2-6.

43.Шуб, Jl.Г. О целесообразности модифицирования / Л.Г. Шуб, А.Ю. Ах-мадеев // Металлургия машиностроения. — 2006. - № 5. - С.38 - 41.

44. Панов, А.Г. Роль и место модифицирования расплавов чугунов с точки зрения наследственности сплавов / А.Г. Панов // Металлургия машиностроения. -2006. - № 5. - С.22 - 27.

45. Дубровский, С. А. Гипотеза кластерной природы наследственности шихтовых материалов в металлургии черных сплавов / С.А. Дубровский, A.A. ТТТи-пельников, А.Н. Роготовский // Вести высших учебных заведений Черноземья. — 2008. -№1(11). -С. 89-96.

46. Никитин, В.И. Развитие и применение явления структурной наследственности в алюминиевых сплавах / В.И. Никитин, К.В. Никитин // Journal of Siberian Federal University Engineering and Technologies. - 2014. - № 7. - C. 424 - 427.

47. Коваленко, Л.В. Применение внешних воздействий при затвердевании слитков / Л.В. Коваленко, А.Г. Панов - М.: Металлургия, 2003. - 153 с.

48. Савина, Л.Г. Влияние высокотемпературной обработки расплава на структуру и свойства высокоуглеродистых сплавов железа: дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук / Савина Лидия Геннадьевна. - Екатеринбург, 2003. - 129 с.

49.Баум, Б.А. Жидкая сталь / Б.А. Баум, Г.А. Хасин, Г.В. Тягунов, К.А. Клименков - М.: Металлургия, 1984. - 208 с.

50. Распопова, Г.А. Влияние условий термовременной обработки расплава на структурообразование стали XI2 и Р6М5: дисс. на соиск. уч. степени канд. техн. наук / Г.А. Распопова. - Свердловск, 1981. - 184 с.

51. Баум, Б.А. Термовременная обработка жидких сплавов и стали / Б.А. Баум, Г.В. Тягунов и др. // Сталь. - 1996. - № 6. - С. 16 - 18.

52. Панов, А.Г. Исследование структурообразования расплавов чугунов. Влияние наследственности на свойства отливок из ЧВГ / А.Г. Панов, В.В. Конаш-ков и др. // Литейщик России. - 2010. - № 4. - С. 18 - 20.

53. Кондратюк, С.Е. / Наследственность структуры и свойств литой стали / С.Е. Кондратюк // Литейное производство. - 2008. - № 9. - С.6 - 10.

54. Еланский, Г.Н. Строение и свойства металлических расплавов / Г.Н. Еланский, Д.Г. Еланский. - М: МГВМИ, 2006. - 228 с.

55. Никитин, В.И. Наследственность в литых сплавах / В.И. Никитин. - Самара: СамГТУ, 1995. -248с.

56. Ри Хосен. Теория литейных процессов / Ри Хосен. — Хабаровск: Хабар, гос. техн. ун-та, 2001. - 275 с.

57. Скребцов, A.M. Влияние температуры и времени выдержки расплава при ней на качество затвердевшей отливки / A.M. Скребцов, Г.А. Иванов, Ю.Д. Кузьмин, A.C. Качиков // Вестник приазовского государственного технического университета. - № 22. - С. 140-144.

58. Скребцов, A.M. Способы определения температуры разупорядочения кластеров металлического расплава при разработке режимов термовременной обработки / A.M. Скребцов //Вестник приазовского государственного технического университета. - № 14. - С. 140- 144.

59. Дубровский, С.А. Кластерный механизм наследственности шихтовых материалов / С.А. Дубровский, A.A. Шипельников, А.Н. Роготовский // Вестник ЛГТУ - ЛЭГИ. - Липецк: ЛГТУ - ЛЭГИ. - 2007. - № 1 (15). -С. 42 - 46.

60. Завалищин, А.Н. / Количественный фазовый рентгеноструктурный анализ: методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплинам «Рентгенография и электронная микроскопия», «Методы структурного анализа материалов и контроля качества деталей» для студентов специальностей 150105,150501 / А.Н. Завалищин, Д.А. Горленко. - Магнитогорск: МГТУ, 2010. -7 с.

61.Гресс, A.B. Моделирование воздействия электрического тока на кристаллизацию слитка / A.B. Гресс, А.И Кобзева, Д.А. Савинский, П.В. Вузовский // Металлургия. - С. 3 — 7.

62. Колокольцев, В.М. Затвердевание и структура отливок: методические указания к лабораторной работе по дисциплине «Теория литейных процессов» для студентов специальности 150104 и направления 150100 / В.М. Колокольцев, М.Г. Потапов, П.А. Молочков. - Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2010. - 13 с.

63. Александров, В.Д. Экспериментальное исследование влияния перегрева ДТ+ жидкой фазы относительно температуры плавления TL на процесс кристаллизации натрия тиосульфата пятиводного / В.Д. Александров, О. В. Соболь // HayKOBi пращ Донецького нацюнального техшчного ушверситету. Сер1я: "Х1м1я i xÍMÍHHa технолопя": Донецьк. - 2006. - №108. - С. 65 - 69.

64. Александров, В.Д. Анализ путей кристаллизации и тепловых эффектов при синтезе пентагидрата тиосульфата натрия из собственной кристаллизационной воды / В.Д. Александров, О.В Соболь, Е.Э. Самойлова, Н.В. Щебетовская // HayKOBi пращ Донецького нацюнального техшчного ушверситету. Сер1я: "Х1м1я i xÍMÍ4Ha технолопя": Донецьк. - 2008. - №134. - С. 26 - 32.

65.Чалмерс Б. Физическое металловедение / Б. Чалмерс. - М.: Государственное научно - техническое издательство литературы по черной и цветной металлургии, 1963. - 455 с.

66. Кирпичев М.В. / Теория подобия / М.В. Кирпичев, Гухман A.A. // Теория подобия и тепловое моделирование: сб. статей // Наука, 1987.-С.41-58.

67. Гуляев, Б.Б. Теория литейных процессов:учебное пособие для вузов / Б.Б. Гуляев. - Л.: Машиностроение, 1976. - 216 с.

68. Баландин, Г.Ф. Чистые металлы и однофазные сплавы / Г.Ф. Баландин. — М.: Машиностроение, 1965. -255 с.

69. Полухин, В.А. Структура и атомная динамика в конденсированных металлах: учебное электронное текстовое издание / Г.Ф. Баландин, М.А. Спиридонов, Л.А. Жукова. - Екатеринбург: ГОУ ВПО «УПИ имени первого президента России Б.Н. Ельцина», 2009. - 81 с.

70. Велюханов, В. П. Оценка размеров кластеров для жидких металлов / В. П. Велюханов, В. И. Архаров, И. А. Новохатский // Физика металлов и металловедение. - 1972. - Т. 33. - № 2. - С. 303 - 306.

71. Большаков, В. И. О структурной наследственности при плавлении металлов и некоторые кластерные модели жидких металлов / В.И. Большаков, Г. М. Воробьев, Н. А. Ротт // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. науч. трудов, 2009. - Вып.48. 4.1. - С. 1- 6.

72. Баранников, A.A. Влияние термической предыстории и внешних воздействий на кинетику кристаллизации расплавов: дис. канд. хим. наук / Баранников Александр Александрович. - Макеевка, 2000. - 159 с.

73. Вайнгард У. Введение в физику кристаллизации металлов / У Вайнгард. - М.: Мир, 1967.- 154 с.

74. Жукова, С.Ю. Распределение химических элементов в дендритах и междендритных участках литого металла / С.Ю. Жукова // Металлург, 2009. —№1. -С. 46-49.

75. Колокольцев, В. М. Моделирование процесса затвердевания отливок после высокотемпературной обработки расплава / В.М. Колокольцев, C.B. Берёзова, И. В. Иванова, П. В. Кощеев // Литейщик России. -2014.-№4.-С. 14-19.

76. Ершов, Г.С. Свойства металлургических расплавов и их взаимодействие в сталеплавильных процессах / Г.С. Ершов, Ю.Б. Бычков. — М.: Металлургия, 1983.-215 с.

77. Иод ко, Э.И. Моделирование тепловых процессов в металлургии / Э.И. Иодко, B.C. Шкляр. - М.: Металлургия, 1967. - 167 с.

78.Muijun Long, Упрощенная модель для расчета скорости роста дендритов в процессе непрерывной разливки стали / Muijun Long, Lifeng Zhang, Fei Lu // Черметинформация. Новости черной металлургии за рубежом, 2011. — №3. - С. 36 -38.

79. Кабаков, З.К., Моделирование роста дендритов при кристаллизации сплавов.: сб. научных трудов X конгресса сталеплавильщиков / З.К. Кабаков, Д.И. Габелая, В.Ф. Чирихин. - Москва. - 2009. - С. 713 - 717.

80. Ефимов, В.А. Современные технологии разливки и кристаллизации сплавов / В.А. Ефимов, A.C. Эльдарханов. -М.: Машиностроение. 1998. - 360 с.

81. Борисов, В.Т. Теория двухфазной зоны металлического слитка / В.Т. Борисов- М.: Металлургия, 1987. - 223 с.

82.Баум, Б.А. Металлические жидкости - проблемы и гипотезы. М.: Наука, 1979.- 120 с.

83. Баум, Б.А. О колебательном характере процесса релаксации неравновесных металлических расплавов / Б.А. Баум, И.Н. Игошин, Д.Б. Шульгин и др. // Свойства металлических расплавов: сборник. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2008. -Ч.1.-С. 75-82.

84. Баум, Б.А. Осциллирующий характер процесса релаксации металлической жидкости / Б.А. Баум, Д.Б. Шульгин, Т.П. Булер. // Свойства металлических расплавов: сборник. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2008. - Ч. 1. - С. 89 - 96.

85. Филиппов, Е.С. Строение, физика и химия металлургических расплавов / Е.С. Филиппов. - М.: Металлургия, 1995. - 304 с.

86. Тягунов, А. Г. Влияние высокотемпературной обработки расплава на структуру и свойства жаропрочных никелевых сплавов в литом и термообрабо-танном состояниях / А. Г. Тягунов // Свойства металлических расплавов: сборник. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2008. - 4.2. - С. 141 - 145.

87. Еланский, Г.Н. Строение и свойства жидкого металла — технология - качество / Г.Н. Еланский, В.А. Кудрин. - М.: Металлургия, 1984. — 239 с.

88. Иванова, И.В. Влияние температуры заливки и условий охлаждения расплава в форме на свойства и структуру литейной инструментальной стали 4Х5В2ФСЛ для штампов горячего деформирования / И.В. Иванова, C.B. Берёзова // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 69 - ой межрегиональной научно - технической конференции. - Магнитогорск: Издательство МГТУ: 2011. - Т. 1. С. 109 - 112.

89. Колокольцев, В. М. Влияние температуры заливки и условий охлаждения расплава на свойства штамповой стали / В.М. Колокольцев, Е.В. Петроченко, И.В. Иванова, С. В. Берёзова // Литейное производство. — 2012. — № 3. — С. 2

90. Колокольцев В.М., Иванова И.В. Литейная сталь для штампов горячего деформирования// Вестник МГТУ им. Г.И. Носова, 2009, №4 - с. 15-17

91. Колокольцев, В.М. Абразивная износостойкость литых металлов и сплавов: под ред. В.М. Колокольцева / В.М. Колокольцев, Н.М. Мулявко, К.Н. В до-вин, Е.В. Синицкий. - Магнитогорск: МГТУ, 2004. - 228 с.

92. Виноградов, В. Н. Износостойкость сталей и сплавов / В. Н. Виноградов, Г. М. Сорокин. - М.: Нефть и газ, 1994. - 417 с.

93. Виноградов, В. Н. Механическое изнашивание сталей и сплавов/ В. Н. Виноградов, Г. М. Сорокин. -М.: Недра, 1996. - 364 с.

94. Ларионов, В.Н. Управление структурой и качеством отливок из жаропрочных никелевых сплавов высокотемпературной обработкой расплава (ВТОР) / В.Н. Ларионов. - Свойства металлических расплавов: сборник. - Екатеринбург: УГТУ - УПИ, 2008. - 4.2. - С. 78 - 112.

95. Колокольцев, В. М. Разработка базового состава литейной стали для штампов горячего деформирования / В.М. Колокольцев, И.В. Иванова, А. М. Дол-гополов // Литейные процессы. Межрегиональный сборник научных трудов. -2009.-№8.-С. 33-35.

96. Колокольцев, В. М. Влияние легирования на свойства литейной инструментальной стали для штампов горячего деформирования / В.М. Колокольцев, И.В. Иванова, А. М. Долгополов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования: материалы 68-ой межрегиональной научно-технической конференции. - Магнитогорск: Издательство МГТУ: 2010. - Т. 1. С. 180 - 182.

97. Колокольцев, В. М. Влияние химического состава на структуру и свойства литейной инструментальной стали для штампов горячего деформирования / В.М. Колокольцев, И.В. Иванова, А. М. Долгополов // Труды Нижегородского государственного технического университета им. P.E. Алексеева. - Нижний Новгород: Издательство НГТУ им. P.E. Алексеева: - 2012. - № 2 (95). - С. 221 - 226.

Приложение А - Составы исследованных сталей

№ С а Мп Сг \А/ V МО № ЫЬ

1 0,39 0,60 0,35 2,40 2,10 0,70 1,30 0,80 0,09

2 0,39 1,35 0,60 2,40 2,10 0,80 2,35 0,90 0,09

3 0,55 0,55 1,25 5,00 1,30 0,68 1,13 1,05 0,00

4 0,55 0,95 10,45 10,00 0,00 1,40 1,85 0,00 0,00

5 0,55 0,35 0,40 5,50 0,00 0,00 1,00 1,50 0,04

6 0,30 0,27 1,85 2,25 0,00 0,70 1,05 0,00 0,00

7 0,30 0,27 0,45 2,25 0,00 0,70 1,05 3,00 0,00

8 0,58 0,93 0,00 6,00 0,00 2,50 3,80 0,00 0,06

9 0,58 0,40 0,85 3,00 0,00 0,70 1,35 0,00 0,00

10 0,41 0,07 0,40 1,00 0,00 0,95 1,95 0,00 0,00

11 0,44 0,65 0,65 2,95 1,60 1,50 1,60 0,00 0,00

12 0,32 0,65 0,60 2,80 1,60 0,75 1,43 0,00 0,00

13 0,40 0,78 1,08 5,25 0,00 0,75 1,50 0,28 0,00

14 0,30 0,25 0,45 2,25 0,00 0,33 0,50 1,35 0,04

15 0,59 0,75 0,30 2,46 0,00 0,40 0,00 0,00 0,00

16 0,39 0,35 0,55 1,75 0,00 0,40 1,00 1,40 0,05

17 0,41 0,08 0,40 1,00 1,05 0,95 0,95 0,00 0,00

18 1,60 0,25 0,28 9,00 0,00 0,43 0,95 0,00 0,00

19 0,55 0,25 0,70 0,80 0,00 0,40 0,35 1,60 0,00

20 0,83 0,00 0,83 7,50 0,00 2,53 2,95 0,00 0,00

21 0,40 0,26 0,28 5,00 0,00 0,80 3,15 0,00 0,00

23 0,42 0,55 1,25 1,55 0,00 0,23 0,33 2,45 0,00

24 0,65 1,20 0,50 1,25 0,00 0,00 0,45 0,50 0,00

25 0,50 0,85 0,85 5,50 0,00 2,40 0,00 0,00 0,00

26 0,20 0,95 1,00 5,40 0,00 0,70 2,25 0,00 0,00

27 0,47 1,04 0,50 2,38 1,85 1,05 0,00 0,65 0,06

28 0,30 1,10 0,31 4,00 0,00 0,80 1,35 0,00 0,00

29 0,45 0,16 0,80 2,00 0,99 0,16 0,99 2,99 0,00

30 0,39 0,30 1,03 1,75 0,00 0,15 1,00 0,30 0,00

31 0,55 0,50 0,55 3,05 0,00 0,30 0,60 1,35 0,03

32 0,43 0,80 0,90 0,90 0,00 0,15 0,00 1,25 0,00

33 0,39 1,00 0,28 5,00 0,00 0,60 1,35 0,00 0,00

34 0,55 0,70 0,34 2,54 0,00 0,49 0,11 0,00 0,00

35 0,55 0,33 0,65 0,85 0,00 0,14 0,33 1,60 0,03

Со AI Ti в Ca Zr N Cu HRC t(HRC-58), °C

0,00 0,40 0,10 0,00 0,00 0,09 0,00 0,00

0,00 0,50 0,23 0,00 0,00 0,09 0,00 0,00 45,00 650,00

0,00 0,00 0,46 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 40,00 500,00

0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 46,00 750,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,35 0,00 0,50 47,70 600,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 44,00 550,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 40,00 500,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 60,00 550,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,00 0,00 54,00 750,00

0,00 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 45,00 600,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,06 0,00 0,00 50,00 750,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,05 0,00 0,00 46,00 650,00

0,00 0,05 0,28 0,005 0,00 0,00 0,00 0,00 50,00 500,00

0,00 0,03 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 42,00 600,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,07 0,00 0,53 48,00 600,00

0,00 0,03 0,06 0,00 0,00 0,00 0,00 0,20 40,00 625,00

0,00 0,16 0,02 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 45,00 740,00

0,00 0,70 0,00 0,02 0,00 0,00 0,00 0^00 58,00 600,00

0,00 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,06 0,00 42,00 600,00

0,00 0,00 0,26 0,00 0,00 0,00 0,17 0,00 58,00 620,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,09 0,00 600,00

0,45 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 44,00 600,00

0,00 0,08 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 52,50 500,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 ' 0,00 56,00 620,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,13 0,00 0,50 600,00

0,00 0,65 0,22 0,00 0,00 0,06 0,00 0,00 700,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,15 0,00 0,00 600,00

5,00 0,00 0,11 0,004 0,08 0,02 0,04 0,00 900,00

0,00 0,03 0,06 0,00 0,03 0,00 0,00 0,20 40,00 625,00

0,00 0,01 0,01 0,00 0,03 0,01 0,02 0,00 47,00 600,00

0,00 0,00 0,03 0,00 0,01 0,00 0,06 0,00 40,00 550,00

0,00 0,03 0,05 0,001 0,03 0,00 0,00 0,00 37,00 630,00

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,07 0,00 0,49 50,00 600,00

0,00 0,01 0,01 0,00 0,00 0,01 0,03 0,00 600,00

№ С 81 Мп Сг V Мо N1 ЫЬ Со

36 0,75 0,20 0,38 3,60 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

37 0,41 0,65 0,65 1,65 0,00 0,18 0,75 0,00 0,03 0,00

38 1,50 0,70 0,85 0,45 0,00 0,50 0,00 0,00 0,00 0,00

39 0,20 0,70 1,50 2,25 1,00 0,30 1,50 3,25 0,01 0,06

40 0,41 0,79 0,50 3,43 0,00 1,00 0,50 0,48 0,00 0,00

41 0,43 0,45 0,45 3,00 0,60 0,33 0,45 0,00 0,00 0,00

42 1,06 0,83 0,38 5,00 0,00 4,55 3,00 0,00 0,04 0,00

43 0,40 1,00 0,35 5,25 0,00 1,00 1,60 1,50 0,00 0,00

44 0,39 1,00 0,28 5,00 0,00 0,60 1,35 0,00 0,00 0,00

45 0,75 0,20 0,38 3,60 0,00 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00

46 0,65 0,85 10,50 5,00 0,00 0,11 0,60 0,00 0,00 0,00

47 0,30 1,00 0,90 4,50 0,00 0,40 0,60 0,00 0,00 0,00

48 0,20 0,70 1,50 2,25 0,85 0,30 0,85 3,25 0,04 0,00

49 0,46 0,40 16,50 5,00 0,00 1,25 1,50 0,00 0,00 0,00

50 0,02 0,00 0,00 3,35 0,00 0,00 7,20 0,00 0,00 17,15

51 0,31 0,85 0,30 1,40 0,00 0,43 0,75 1,40 0,00 0,00

52 0,38 0,35 0,50 2,15 0,00 0,45 1,55 2,75 0,00 0,00

53 0,50 0,74 23,90 8,83 0,00 2,34 0,00 0,00 0,27 0,00

54 0,42 0,38 0,73 1,20 0,00 0,00 0,40 1,40 0,00 0,00

55 0,22 0,76 0,58 12,90 0,67 0,43 0,61 1,05 0,40 0,00

56 0,41 1,10 0,28 2,45 3,05 0,55 1,15 0,60 0,00 0,00

57 0,55 1,00 1,50 2,00 0,00 0,90 0,18 0,00 0,04 0,00

58 0,45 0,80 0,85 3,50 0,98 1,75 1,35 0,00 0,00 0,00

59 0,54 0,25 0,75 0,80 0,00 0,25 0,23 1,45 0,13 0,00

60 0,32 0,75 0,43 8,50 2,25 0,55 1,25 0,00 0,30 0,00

61 0,50 1,15 15,00 8,00 0,00 1,90 0,00 0,00 0,00 0,00

62 0,30 0,50 0,65 1,55 0,00 0,20 0,40 1,80 0,20 0,00

63 0,55 0,63 0,65 0,90 0,00 0,07 0,40 1,25 0,00 0,00

64 0,97 0,65 0,80 2,15 0,00 0,38 0,00 0,00 0,00 0,00

65 0,55 0,90 15,25 13,25 0,00 1,80 0,00 0,00 0,00 0,00

66 0,27 1,70 1,10 6,50 0,00 0,65 1,50 0,75 0,00 0,00

67 0,25 0,65 0,65 5,00 0,00 0,12 1,05 0,95 0,00 0,00

68 0,40 1,00 0,28 5,00 1,90 0,75 0,00 0,60 0,00 0,00

69 0,50 0,38 0,40 3,25 1,20 0,15 5,00 0,30 1,60 0,00

Al

0,03 0,03 0,00 0,45 0,00 0,03 0,00 0,00 0,03 0,03 0,00 0,00 0,45 0,75 0,00 0,00 0,06 0,00 0,01 0,00 0,50 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,03 0,10 0,00 0,00 0,03 0,30 0,04

Ti

0,35 0,05 0,00 0,00 0,56 0,03 0,00 0,00 0,05 0,35 0,10 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,14 0,02 0,00 0,07 0,00 0,00 0,00 0,00 1,00 0,00 0,00 0,00 0,26 1,10

в

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,02 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00

Ca

0,03 0,03 0,00 0,00 0,00 0,03 0,00 0,00 0,00 0,00 0,01 0,08 0,00 0,03 0,00 0,00 0,01 0,00 0,04 0,04 0,00 0,03 0,00 0,00 0,06 0,02 0,00 0,00 0,03 0,00 0,00 0,01 0,00 0,00

Zr

0,00 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,04 0,13 0,00 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,13 0,06 0,30 0,00 0,00 0,00 0,30 0,08 0,00 0,00 0,00

N

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,04 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,05 0,00 0,08 0,00 0,00 0,00 0,00 0,05 0,30 0,00 0,00 0,00 0,01 0,00 0,04 0,00 0,00

Cu HRC

0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,80 0,00 0,75 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,90 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 0,65 0,00 0,00 0,00

39,00 44,00 42,00 50,00 60,00 41,00 59,50

45,00 40,00 38,00 45,00 49,00 40,00 42,00 37,00 37,00 46,00 43,00 45,00 50,00 39,00 41,00 40,00 43,00 46,00 36,00 42,00 60,00 40,00 45,00 40,00 50,00 36,00

t(HRC-58),

°c

675,00 650,00 500,00 650,00 675,00 620,00 500,00 660,00 550,00 850,00 610,00 500,00 500,00 750,00 660,00 650,00 800,00

620,00 660,00 620,00 670,00 620,00 620,00 800,00 650,00 680,00

890,00 625,00 650,00 625,00 600,00

KCU

4,40 3,00

4,10 4,80

9,50

4,80 3,00

4,00 8,10

4,30

4,40

6,00 4,20 4,90

8,20 4,90

Приложение В - Дериватограммы экспериментальных сталей

ДСК/(мВт/мг)

Температура ГС

Кривые ДСК инструментальной стали с содержанием химических элементов,

% по масс.:

0,42 С; 0,74 81; 0,47 Мл; 6,51 Сг; 0,67 Мо; 0,54 1,06 V; 2,87 XV (образец 1); 0,44 С; 0,82 81; 0,44 Мп; 6,40 Сг; 0,70 Мо; 0,52 №; 1,30 V; 4,38 W (образец 2); 0,45 С; 0,60 81; 0,45 Мп; 5,89 Сг; 1,05 Мо; 0,52 №; 1,35 V; 3,0 (образец 3)

Температура/" С

Кривая ДСК инструментальной стали с содержанием химических элементов,

% по масс.:

0,45 С; 0,61 81; 0,54 Мп; 5,85 Сг; 1,07 Мо; 0,52 №; 1,40 V; 4,36

ДСК/(мВт/мг) сЩСК /(мВт/мг/мин)

Кривая ДСК инструментальной стали с содержанием химических элементов,

% по масс.:

С=0,42; 81=0,74; Мп=0,47; Сг=6,51; Мо=0,67; №=0,54; У=1,06; \¥=2,87

ДСК/(мВт/мг)

Температура ГС

Кривые ДСК инструментальной стали с содержанием химических элементов, % по масс.:

0,47 С; 0,8 81; 0,46 Мп; 5,68 Сг; 0,68 Мо; 0,50 N1; 1,36 V; 4,30 XV (образец 6); 0,44 С; 0,8 81; 0,49 Мп; 5,79 Сг; 0,96 Мо; 0,52 №; 0,49 V; 2,98 ЧУ (образец 7); 0,44 С; 0,8 81; 0,48 Мп; 5,04 Сг; 0,98 Мо; 0,51 №; 0,56 V; 4,20 \¥ (образец 8)

УТВЕРЖДАЮ: Директор Технопарка

ВТО^МГТУ»

В. Н. Александров

sc.

öS

2012 г.

/ VJ- с \ ■ / ^

-«■"•»JcaftjrCMS \C.i3

к»««».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

о целесообразности проведения высокотемпературной обработки расплава стали 4Х5В2ФСЛ

В период с февраля по май 2012 г, в условиях Технопарка ФГБОУ ВПО «Магнитогорский технический университет им. Г.И. Носова» были проведены исследования по влиянию высокотемпературной обработки расплава на структуру стали, механические и эксплуатационные свойства. Объектом исследования была сталь 4Х5В2ФСЛ.

Расплав стати нагревали до температуры 1710 °С и выдерживали в печи в течение 5-15 минут. После выдержки расплав охлаждали до температуры 1570 °С и заливали в песчано - глинистую сухую форму и кокиль.

Выдержка расплава в печи при данной температуре стабилизирует высокотемпературное состояние расплава за счет блокирования углерода в некарбидной форме; происходит уменьшение содержания хрома и увеличение концентрации углерода в металлической матрице расплава, а затем и в первичных дендритах твердой стали.

Анализ результатов исследований позволил сделать следующие выводы, что высокотемпературная обработка расплава 4Х5В2ФСЛ способствует:

- получению высокого уровня свойств (твердость HRC, коэффициент износостойкое-™ Ки и предел прочности о5) стали;

- устранению карбидной неоднородности литой структуры, оказывающей неблагоприятное влияние на свойства стали;

- измельчению мартенсита;

- изменению количественных характеристик карбидов (Сг, Ре)?Сз и УС) и их формы;

- снижению объемной доли карбидов (Сг, Ре)7С3 и получению равномерно распределенных карбидов УС благоприятной округлой формы.

Результаты исследований свидетельствуют об эффективности высокотемпературного воздействия на расплав и возможности получения однородной литой структуры и требуемого комплекса свойств стали.

С целью проверки сходимости экспериментальных и промышленных данных рекомендуема апробация предложенной технологии получения расплава сталИ.4Х5В2ФСЛ в условиях ЗАО «МЗПВ».