РОЗДІЛ 2
МАТЕРІАЛИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ
2.1. Досліджувані сталі та обладнання для експериментів
В якості матеріалу досліджень закономірностей спадковості і трансформації
первинної литої структури та властивостей в зв'язку з умовами кристалізації і в
залежності від наступних операцій термічної і хіміко-термічної обробки вибрано
конструкційні вуглецеві і леговані кремнієм, марганцем, хромом, титаном та
ванадієм сталі з масовою часткою вуглецю від 0,2 до 0,45%. Ці сталі широко
застосовуються в сучасному машинобудуванні при виробництві деталей різного
призначення для компресорів, центрифуг, насосів тощо. Хімічний склад
досліджуваних сталей наведено в табл. 2.1.
Таблиця 2.1
Хімічний склад досліджуваних сталей
Марка сталі
Вміст елементів, %
С
Mn
Si
Cr
Ti
Ni
25Л
0,23
0,40
0,30
45Л
0,47
0,81
0,47
25ХГСТЛ
0,26
0,95
0,70
1,76
0,053
25ХГСТФЛ
0,28
1,14
0,62
1,38
0,15
0,31
45ХГСТФЛ
0,47
1,12
1,35
1,50
0,18
0,43
18ХГНЛ
0,18
0,95
1,21
0,76
30ХГСНЛ
0,30
0,95
0,70
1,76
1,31
Примітка: Вміст сірки та фосфору не перевищує відповідно 0,035 та 0,025%.
Вміст вуглецю, сірки та фосфору визначали хімічним аналізом за ГОСТ 12344–88,
ГОСТ 12347–77, ГОСТ 12345–80. Вміст інших елементів визначали за допомогою
спектрального аналізу за ГОСТ 18895–81,
ГОСТ 12346–78, ГОСТ 12354–81 [71].
Виплавку сталей здійснювали в індукційній печі типу ЛПЗ-37 з кислим тиглем
вмістом металу 25 кг, методом сплавлення технічно чистих шихтових матеріалів
(табл. 2.2).
Таблиця 2.2
Шихтові матеріали, що використовувались при плавках
Шихтовий матеріал
Марка та ГОСТ або ТУ
Лом сталі
ГОСТ 2787–86
Передільний чавун
ГОСТ 805–80
Ферокремній
ФСм 45 ГОСТ 1445–78
Феромарганець
Мр00 ГОСТ 6008–82
Ферохром
ФХ025Б ГОСТ 4757–79
Ферованадій
ФВд35А ТУ 14-5-98-78
Феротитан
ФТи30 ГОСТ 4761-80
Алюміній
А0 ГОСТ 11069–74
Дослідження впливу умов тепловідбору на структуру та властивості литих сталей
здійснювали на трефоподібних пробах (ГОСТ 977-88) з розміром пелюстки 15 мм та
циліндричних виливках діаметром 30 мм, які одержували при кристалізації металу
у сухих піщано-глинистих формах, чавунному та мідному водоохолоджуваному
кокілях, а також на прямокутних виливках розміром 10х10х100 мм, що тверднули в
мідному водоохолоджуваному кокілі. Ці заходи забезпечили середню швидкість
охолодження сталей в формах відповідно 2–5°С/с, 45°С/с, 350°С/с та 800°С/с.
Розливку сталей здійснювали від стандартних температур (tл+50°С). Температуру
розливки сталей контролювали за допомогою приладу вимірювання температури
рідких металів ПИТ–01 з вольфрам–ренієвою термопарою типу ПТВР–2К–01 ТУ
25–02.792146–79.
Вимірювання температури тверднення здійснювали безпосередньо у тверднучому
металі за допомогою термопари типу ТПП (платина–платинородіева) діаметром 0,1
мм та ЕОМ. Перед розливанням металу в кокілі їх покривали протипригарним
покриттям та підігрівали до 400...500°С.
Виливки досліджуваних сталей вилучали з форм після їх охолодження до кімнатної
температури. Після видалення надливної частини трефоподібні проби розрізали на
абразивно-відрізному або горизонтально-фрезерному верстаті, при охолодженні
водою, на заготовки зразків для механічних випробувань та металографічного
аналізу.
Термічну обробку зразків проводили в лабораторній печі типу
СНОЛ 1,6.2,5.1/9-И5 ТУ 16681.051–84. Температуру нагріву контролювали за
допомогою термопар типу ТХА (хромель–алюмель) ГОСТ 3014–78 (діапазон робочих
температур від 30°С до 1200°С) в комплекті з потенціометром МПП–254 ГОСТ
6670–53, з точністю до 5°С. Зразки досліджуваних сталей залежно від задач
експерименту піддавали відпалу, нормалізації або гартуванню і відпуску [72].
Час витримки при температурі аустенітизації для повного проходження процесів
гомогенізації при гартуванні призначали враховуючи рекомендації літератури
[72].
Хіміко-термічну обробку зразків проводили за стандартними технологічними
режимами (у газовому середовищі). Цементацію сталей здійснювали у газовому
карбюризаторі (ендогаз) безмуфельного агрегату при температурі 930±10°С
протягом 10 годин, після чого зразки охолоджували на повітрі (нормалізація).
Цементовані зразки після нормалізації піддавали гартуванню в маслі від
температури 870°С і низькому відпуску при 200°С протягом 1,5 години. Азотування
проводили в газовому середовищі при температурі 600±10°С протягом 18 годин.
2.2. Методи дослідження та аналізу структур сталей
Дослідження мікроструктур сталей проводили методами світлової металографії на
мікроскопах МИМ–8М та МИМ–10 згідно з вимогами
ГОСТ 5640–68 при збільшеннях 100...600 крат.
Зразки для дослідження структур готували відповідно до [73, 74]. Спочатку їх
зачищали на шліфувальному верстаті при , а потім шліфували до повного зникнення
рисок на шліфшкурках зернистістю М63, М40, М14. При кожному переході на новий
абразив змінювали напрямок руху зразка на 90°. Далі полірували на пастах АСМ
10/7, АСМ 5/3, АСМ 3/2, АСМ 1/0.
Виявлення та аналіз первинної литої структури. Повздовжні та поперечні розміри
дендритів, відстань між осями першого та другого порядку, їх розгалуженість,
дисперсність та щільність дендритної структури відображають об’єктивні
закономірності процесу кристалізації і дуже чутливі не тільки до інтенсивності
тепловідбору, а й хімічного складу сталі.
Виявлення дендритної структури литих сталей для світлової металографії
здійснювали хімічним травленням [75, 76]. Для цього використовували реактив
Стеда (хлориста мідь – 10 г, хлористий магній – 40 г, HCl – 20 мл, вода та
етиловий спирт – до 1000 мл).
Визначення щільності дендритної структури (ЩДС) та дисперсності дендритної
структури
- Київ+380960830922