Исследование зависимости механических свойств среднеуглеродистой стали 45ФЛ от величины кремниевого эквивалента состава

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

УДК 669. 17
Ю. В. Гребнев, Н. И. Габельченко, Е. Ю. Карпова, Е. С. Сундеев
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ СРЕДНЕУГЛЕРОДИСТОЙ СТАЛИ 45ФЛ ОТ ВЕЛИЧИНЫ КРЕМНИЕВОГО ЭКВИВАЛЕНТА СОСТАВА
Волгоградский государственный технический университет (e-mail: mitlp@vstu. ru)
В работе исследовано влияние кремниевого эквивалента состава на формирование структуры и механические свойства среднеуглеродистой стали 45ФЛ, выявлены корреляционные связи механических свойств с величиной дебаланса термодинамической активности углерода в дендритах и междендритных пространствах, выраженной кремниевым эквивалентом, и определены основные направления оптимизации химического состава.
Ключевые слова: сталь, кремниевый эквивалент, механические свойства, статистический анализ.
In the current paper the influence of the silicon equivalent of the composition on the structure and mechanical properties of medium steel 45FL was investigated- Correlation of mechanical properties with the magnitude of imbalance thermodynamic activity of carbon in the dendrites and the interdendritic spaces, marked by a silicon equivalent were detected, and the main directions of optimization of chemical composition were identified.
Keywords: steel, silicon equivalent mechanical properties, statistical analysis.
Положительное влияние минимизации кремниевого эквивалента на формирование гомогенной структуры среднеуглеродистой стали 45 ФЛ несомненно должно отражаться на уровне механических свойств. Кремниевый эквивалент, характеризующий дебаланс активности углерода в дендритах и междуветвиях и, соответственно, степень неоднородности микроструктуры, является, в этом случае, обобщенной характеристикой химического состава стали [1, 2]. Поэтому многофакторное влияние химического состава в работе было заменено термодинамическим критерием [С81]с — кремниевым эквивалентом.
Исследование влияния кремниевого эквивалента на механические свойства проводили путем статистической обработки результатов испытаний лабораторных и опытно-промышленных плавок.
Лабораторные плавки стали 45 ФЛ различного химического состава проводили в высокочастотных индукционных печах типа МП 1−102 и МГП-252 с кислой футеровкой. Опытные плавки проводили с целью изучения микроструктуры и комплекса механических свойств от, ов, у, 5, КСи стали 45 ФЛ при изменении концентраций технологических примесей Мп, 81, Сг, N1.
Опытно-промышленные плавки проводили в печах ДСП-5М с кислой футеровкой. В качестве шихтовых материалов при проведении лабораторных и опытно-промышленных плавок использовался стальной углеродистый лом, кузнечные и прессовые отходы нелегированной
стали, возврат собственного производства. Для доводки стали по химическому составу и раскисления использовали:
— ферромарганец высокоуглеродистый марки ФМн78 ГОСТ 4755–91-
— ферромарганец среднеуглеродистый марки ФМн-88 ГОСТ 4755–91-
— ферросиликомарганец марки МнС12 и МнС17 ГОСТ 4756–91-
— чугун передельный марки ПЛ1 и ПЛ2 ГОСТ 805–95-
— силикокальций марки СК-15 ГОСТ 4762–71-
— алюминий вторичный марки АВ-91 ГОСТ
295−98-
— ванадиевый шлак ТУ 14−11−55−74.
Жидкоподвижность шлака в процессе плавки регулировали присадками известняка и плавикового шпата.
Температура выпуска металла из печи находилась в пределах 1520… 1600 °C.
При проведении опытных плавок первоначально выплавляли сталь 45 ФЛ с минимально допустимыми по ГОСТ 977–88 содержаниями технологических примесей. Металл этих плавок разливался фракционно с дополнительным легированием каждой фракции. Для изменения химического состава стали в разливочный ковш присаживали расчетные присадки малоуглеродистого ферромарганца марки ФМн-90 ГОСТ 4755–91, феррохрома марки ФХ015 ГОСТ 4757–91, ферросилиция марки ФС75 ГОСТ 1415–78 и никеля НО-НЗ ГОСТ 849–70. Использование данных марок ферросплавов
обеспечивало изменение химического состава стали только по одному элементу при неизменности состава по другим примесям.
Ферросплавы использовали в раздробленном состоянии и нагретыми до температур
700… 800 °C, что гарантировало их быстрое растворение в стали и минимальные потери тепла.
Температура заливки проб на механические и технологические испытания составляла
1430… 1500 °C и контролировалась оптическим пирометром и термопарами погружения ТПР 30/6. Различия в температуре стали при заливке проб одной партии не превышали 5… 10 °C.
Варьирование содержания примесных элементов в металле опытных плавок стали 45 ФЛ осуществляли путем добавок в исходную сталь расчетных количеств ферромарганца, феррохрома, ферросилиция.
При проведении плавок осуществлялась заливка трефовидных проб для механических испытаний на определение предела прочности, предела текучести, относительного удлине-
ния 5, относительного сужения у и ударной вязкости КСи по стандартным методикам.
Всего для проведения статистического анализа было получено 229 вариантов стали с изменениями кремниевого эквивалента, из них путем варьирования концентрации: марганца -94 варианта, кремния — 83 варианта и хрома -52 варианта.
Выбор наиболее достоверных моделей корреляционных зависимостей механических свойств от кремниевого эквивалента стали 45 ФЛ, проведенный по наибольшим значениям коэффициента множественной корреляции, дал для предела текучести от квадратичную зависимость, а для остальных свойств (предела прочности ов, относительного удлинения 5, относительного сужения у и ударной вязкости КСИ) — линейную зависимость. В таблице приведены регрессионные модели и коэффициенты множественной корреляции зависимости механических свойств от кремниевого эквивалента химического состава стали 45ФЛ.
Регрессионные модели и коэффициенты множественной корреляции зависимости механических свойств стали 45ФЛ от кремниевого эквивалента химического состава при варьировании примесных элементов
Варьируемый элемент Регрессионная модель Коэффициент множественной корреляции, к
Кремний ат = 504 + 510[Ся]е — 1230[Ся2]с 0,641
ав = 721 + 118[Ся]с 0,747
у = 36,8 — 86[С81]с 0,711
5 = 23 — 59[Ся]с 0,824
КСИ = 61 — 145[Ся]с 0,770
Марганец ат = 510 + 736[Ся]с — 1047[Ся2]с 0,687
ав = 668 + 960[Ся]с — 1300[СД 0,661
у = 34 — 71[Ся]с 0,649
5 = 22 — 55[Ся]с 0,747
КСИ = 61 — 194[Ся]с 0,714
Хром ат = 504 + 478[Ся]с 0,595
ав = 694 + 270[Ся]с 0,623
у = 35 — 84[Ся]с 0,631
5 = 23 — 68[Ся]с 0,688
КСИ = 64 — 180[Ся]с 0,636
Величина коэффициентов множественной корреляции зависимости механических свойств стали от кремниевого эквивалента ее состава свидетельствует о достоверности корреляционных моделей.
Расчетами установлено, что влияние примесных элементов (кремния, марганца, хрома)
на механические свойства стали равнозначно по направленности, но не по величине. При повышении кремниевого эквивалента путем увеличения концентрации хрома и кремния пластические свойства резко снижаются. Несколько слабее, в 1,5−2,0 раза, действует марганец. Так, например, повышение кремниевого экви-
валента любым из примесных элементов приводит к снижению относительного удлинения на 45%, ударной вязкости на 30% (рис. 1 и 2).
Рис. 1. Зависимость относительного сужения у и относительного удлинения 5 стали 45 ФЛ от величины кремниевого эквивалента химического состава
Рис. 2. Зависимость ударной вязкости стали КСИ 45ФЛ от величины кремниевого эквивалента химического состава
При этом прочностные характеристики среднеуглеродистой стали 45 ФЛ с повышением кремниевого эквивалента на 0,10 снижаются всего от 5… 10% (рис. 3).
Снижение пластических характеристик и ударной вязкости при увеличении кремниевого
Рис. 3. Зависимость предела текучести от и предела прочности ов стали 45 ФЛ от величины кремниевого эквивалента химического состава
эквивалента путем варьирования концентрации примесных элементов сопровождается изменением в микроструктуре. Сталь 45ФЛ с кремниевым эквивалентом в пределах от 0,10… 0,16 обладает однородной перлитно-ферритной
структурой, (рис. 4, а) и ее механические свойства полностью соответствуют требованиям ГОСТ 977–88.
Кремниевому эквиваленту в пределах от 0,16.. 0,22 соответствует дендритноориентированная микроструктура (рис. 4, б), механические свойства при этом могут не соответствовать требованиям стандарта. Дальнейшее повышение кремниевого эквивалента приводит к появлению ярко выраженной дендритной ориентации феррита (рис. 4, в), что приводит к критическому снижению показателей пластических характеристик, ударной вязкости и несоответствию их требованиям ГОСТ 977–88 на сталь 45ФЛ.
Рис. 4. Перлитно-ферритная структура стали 45ФЛ в нормализованном состоянии, травление ниталем, *100: а — гомогенная, [С§ 1]с= 0,126- б — дендритно-ориентированная, [С§ 1]с= 0,209- в — сильная дендритная ориентация, [С§ 1]с= 0,234
Таким образом, уменьшение кремниевого эквивалента состава благоприятно отражается на пластических характеристиках: относительном удлинении 5, относительном сужении у и ударной вязкости КСИ, но на 5−10% снижает прочностные характеристики: предел текучести от и предел прочности ов в стали 45ФЛ.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ильинский, В. А. Дендритная ликвация в отливках из углеродистой стали / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Ю. В. Гребнев // Литейное производство. — 2000. — № 4. -С. 13−15.
2. Ильинский, В. А. Улучшение механической обрабатываемости отливокиз средне- и низколегированных сталей / В. А. Ильинский, Ю. В. Гребнев, Л. В. Костылева, Н. И. Габельченко, Т. Т. Гребнева // Известия ВолгГТУ (Сер. Проблемы материаловедения, сварки и прочности в машиностроении). — 2010. — № 4. — С. 147−151.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой