ГЛАВА 2
МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДИКА И АППАРАТУРА ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Исследуемые материалы
Для исследования был выбран ряд конструкционных сталей различного легирования.
Выбор был основан на сталях часто применяемых в промышленности.
В соответствии с поставленными задачами влияние поверхностного нагрева дугой с
неплавящимся электродом на структурные превращения в низколегированных сталях
изучалось на плоских образцах размером 10x100x100 мм. Размеры цилиндрических
образцов выбраны из условий удобства выполнения металлографического анализа.
Исследовано влияние поверхностного нагрева дугой с угольным электродом на
структурные изменения и твердость сталей Ст.3, 45, 40Х, 18ХГТ и 30ХГСА. Также
использовались цилиндрические образцы в виде труб, внешним диаметром 57 мм и
толщиной стенки 4 мм.
Сталь 3 (Ст. 3) применяется для несущих элементов сварных и несварных
конструкций и деталей, работающих при положительных температурах. Фасонный и
листовой прокат (5-й категории) – для несущих элементов сварных конструкций,
работающих при переменных нагрузках: при толщине проката до 25 мм в интервале
температур от –40 до 425 °С, при толщине проката свыше 25 мм – от –20 до 425 °С
при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. Характеристики
представлены в таблице 2.1–2.2.
Сталь 10 (Ст. 10) для деталей, работающих при температуре от – 40 до 450 °С, к
которым предъявляются требования высокой пластичности; после химико-термической
обработки для детали с высокой поверхностной твердостью при невысокой прочности
сердцевины. Характеристики поданы в таблице 2.1–2.2.
Сталь 45 (Ст. 45) предназначена для изготовления валов шестерен, коленчатых и
распределительных валов, шестерен, шпинделей, бандажей, цилиндров, кулачков и
других нормализованных, улучшаемых и подвергаемых поверхностной термообработке
деталей, от которых требуется повышенная прочность. Характеристики показаны в
таблице 2.1–2.2.
Сталь 09Г2 (09Г2) применяется для стойки ферм, верхних обвязок вагонов,
хребтовых балок, двутавров и других деталей вагоностроения, деталей
экскаваторов, элементов сварных металлоконструкций и других деталей, работающих
при температуре от –40 до 450 °С. Характеристики представлены в таблице
2.1–2.2.
Сталь 40Х (Ст. 40Х) для осей, валов, валов-шестерней, плунжеров, штоков,
коленчатых и кулачковых валов, колец, шпинделей, оправок, реек, зубчатых
венцов, болтов, полуосей, втулок и других улучшаемых деталей повышенной
прочности. Характеристики представлены в таблице 2.1–2.2.
Сталь 18ХГТ (18ХГТ) используется для изготовления улучшаемых или цементуемых
деталей ответственного назначения, работающие под действием ударных нагрузок от
которых требуется повышенная прочность и вязкость сердцевины, а также высокая
поверхностная твердость. Характеристики поданы в таблице 2.1–2.2.
Сталь 30ХГС (30ХГС) предназначена для выполнения различных улучшаемых деталей:
валов, осей, зубчатых колес, тормозных лент моторов, фланцев, корпусов обшивки,
лопаток компрессорных машин, рычагов, толкателей, ответственных сварных
конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках, крепежных деталей [63].
Характеристики представлены в таблице 2.1–2.2.
Таблица 2.1
Химический состав сталей, % [63]
Si
Mn
Cr
Cu
Ni
не более
Ст. 3
0,14…0,22
0,12…0,30
0,40…0,65
? 0,30
0,040
0,05
0,30
0,30
Ст. 10
0,07…0,14
0,17…0,37
0,35…0,65
? 0,15
0,035
0,04
0,25
0,25
Ст. 45
0,42…0,50
0,17…0.37
0,50…0,80
? 0,25
0,035
0,04
0,25
0,25
09Г2
До 0,12
0,17…0,37
1,40…1,80
? 0,30
0,035
0,04
0,30
0,30
40Х
0,36…0,44
0,17…0,37
0,50…0,80
0,80…1,10
0,035
0,035
0,30
0,30
18ХГТ
0,17…0,23
0,17…0,37
0,80…1,10
1,00…1,30
0,035
0,035
0,30
0,30
30ХГС
0,28…0,35
0,90…1,20
0,80…1,10
0,80…1,10
0,035
0,035
0,30
0,30
Примичание: Сталь 18ХГТ – Ti 0,03…0,09 %; в сталях содержание As не более
0,08%.
Таблица 2.2.
Механические свойства сталей [63]
у0,2
ув
д5
KCU,
Дж/см2
HB
МПа
Ст. 3
195…245
353…480
23…26
50…55
54…64
111…156
Ст. 10
Н/А
315…410
24…31
50…55
Н/А
117…183
Ст. 45
245…395
550…690
12…20
32…45
29…59
148…229
09Г2
297…305
440
21
17…21
Н/А
Н/А
40Х
315…440
470…655
13…18
30…40
29…54
156…218
18ХГТ
400…700
600…1000
50…80
78
217…220
30ХГС
490…700
470…490
Н/А
57
59
217…229
В зависимости от состояния поставки и режима термообработки.
2.2 Металлографические исследования
Металлографические исследования предполагают изготовление микрошлифов и
исследование их при помощи металлографического микроскопа и твердомера.
Основной целью металлографических исследований является определение отдельного
структурного состава и общего характера микроструктуры металлов. Соответственно
этот металлографический образец считается неудовлетворительным, если он
неадекватно характеризует металл, из которого он отобран, как с точки зрения
химического состава, так и с точки зрения физических свойств и структуры. Кроме
того, образец должен проявлять структурные дефекты и гетерогенность металла (в
случаях, когда эти параметры являются объектом исследования).
В каждом конкретном случае количество и расположение образцов определялось
задачами исследования микроструктуры, с одной стороны, а также формой и
размерами исследуемого объекта, с другой.
Понятие репрезентативной выборки образцов имеет различное значение для случаев,
когда интерпретация исследуемой микроструктуры делается качественно, и для
случаев, когда проводится количественный металлографический анализ.
При определении средних значений параметров площадь исследуемой поверхности в
каждом конкретном случае устанавливается в результате компромисса между
необходимой точностью и затратами времени на проведение данн
- Київ+380960830922