РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материал исследования
В соответствии с поставленными задачами необходимо было изучить влияние легирующих элементов на фазовый состав (количество феррита и аустенита), мартенситное превращение и разработать новые экономнолегированные коррозионно-стойкие стали на Fe-Cr-Mn основе аустенитно-ферритного класса.
В настоящей работе в качестве основы была выбрана сталь по составу содержащая недорогие и недефицитные компоненты: хром, марганец, кремний, титан и дополнительно введены небольшие добавки меди, никеля (при необходимости алюминий и кальций, не фиксируемые в остаточном состоянии стали). С целью регулирования количественного соотношения аустенитной и ферритной фаз и степени метастабильности аустенита в сталях варьировалось содержание хрома (от 15 до 20 %), марганца (от 6,5 до 12 %).
Химический состав исследованных сталей приведен в таблице 2.1.
Стали выплавляли в индукционных печах ИСТ-016 с основной хромомагнезитовой футеровкой в ОАО "Завод Южгидромаж" (г. Бердянск) и разливались в оболочковые этилсиликатовые формы в виде заготовок для образцов и деталей. Из полученных литых заготовок изготавливались механическим путем образцы для механических, коррозионных испытаний и исследований. Стали исследовались как в литом состоянии, так и после выбранных режимов термообработки.
2.2. Методы изучения микроструктуры и фазового состава сталей
Металлографические исследования проводили на обычных микрошлифах, а также продольных и поперечных срезах образцов, разрушенных при растяжении или кручении. Микрошлифы приготавливали по общепринятой методике последовательным шлифованием и полированием поверхности. Травление осуществля-
Таблица 2.1
Химический состав исследованных сталей
Марка сталиМассовая доля элементов, %CCrMnSiCuVNiTiРазработанные стали19Х16Г8СТЛ0,1916,407,481,06---0,1417Х16Г12Д2СТЛ0,1715,2012,301,31,32--0,3214Х22Г12ДС2ТЛ0,1421,9811,202,20,95--0,2711Х15Г9НДСЛ0,1115,008,701,10,8-1,04-09Х15Г11НДСЛ0,0915,0011,301,10,8-1,25-09Х17Г9НДСЛ0,0917,509,05-1,04-1,14-07Х17Г11НДСЛ0,0716,7910,441,180,8-0,96-12Х17Г10НДСЛ0,1217,289,861,250,8-1,00-09Х18Г9НДСЛ0,0918,008,960,81,1-1,10-09Х19Г9НДСЛ0,0918,659,741,410,8-0,97-08Х21Г9НДСЛ0,0820,709,061,050,80-0,71-08Х18Г6СФ0,1017,695,140,46-0,22--08Х22Г6СФ0,0821,686,100,50-0,28--Стандартные стали12Х170,09-0,1512,0-14,0------30Х130,26-0,3512-140,80,80,3-0,60,209Х15Н8Ю0,0914,0-16,00,080,6--8,0-10,00,7-1,3Al10Х18Н10Л0,1017,0-18,01,0-2,00,8--9,0-11,0-12Х18Н10Т0,1217,0-19,01,0-2,00,8--9,0-11,05С-0,6
Примечание: Содержание серы и фосфора ? 0,03 %.
ли "царской водкой" (3чHCl + 1чHNO3). Изучение и фотографирование микроструктуры сталей производили на микроскопах "NEOPHOT-21", МИМ-8, ММР-6.
Для определения содержания фаз в работе использовались количественный металлографический (методы секущих и Глаголева) и магнитометрический методы, фазовый состав определялся на рентгеновском дифрактометре ДРОН-3 в железном К?-излучении. Проводился рентгеноспектральный микроанализ фаз на растровых электронных микроскопах РЭМ-100У с помощью волнового рентгеновского спектрофотометра и РЭММА-202М по рентгеновским спектрам распределения химических элементов по энергиям. Фрактографические исследования изломов образцов осуществляли на растровом электронном микроскопе РЭММА-200М. С помощью рентгеновского метода на дифрактометре ДРОН-3 изучался фазовый состав.
В качестве основного метода фазового анализа использовался магнитометрический метод. Представляло несомненный интерес изучить развитие мартенситного превращения непосредственно в процессе испытания механических свойств. В качестве такого способа нагружения выбрано кручение, при котором возникает напряженное состояние чистого сдвига, характеризующееся равномерной деформацией и равенством абсолютных значений касательных напряжений по длине образца.
Кинетика ? ? ?? ДМПИ аустенитной фазы изучалось непосредственно в процессе испытаний на кручение по методике, изложенной в работе [91].
Измерение количества образующегося мартенсита одновременно с записью крутящих моментов и углов закручивания в процессе испытаний на кручение использовалась специальная установка (рис. 2.1) [108]. Принцип ее действия основан на изменении ЭДС индукции в обмотке измерительной катушки, находящейся в переменном магнитном поле, за счет образования мартенсита деформации в образце, помещенном внутрь обмотки (рис. 2.2).
В процессе деформации кручением метастабильный аустенит превращается в мартенсит, в связи с чем непрерывно возрастает ЭДС индукции датчика (Lи).
Рис. 2.1. Принципиальная схема магнитометрической установки [108]:
СТ - стабилизатор напряжения;
Lн - намагничивающая катушка;
Lи - измерительная катушка;
Lк - компенсационная катушка;
МС - магазин сопротивлений;
Д1, Д2 - диодные выпрямительные мосты;
Rн, Rр - регулировочные сопротивления.
Рис. 2.2. Размещение испытуемого образца и датчиков внутри
намагничивающей катушки [108]:
1 - верхний захват;
2 - нижний захват;
3 - испытуемый образец;
4 - измерительная катушка;
5 - компенсационная катушка;
6 - намагничивающая катушка.
Для градуирования установки использовались градуировочные образцы из стали 12Х17 ферритного класса (100 % феррита) различного диаметра рабочей части (следовательно, с различным количеством феррита от ?100 % до ? 10 %). Строилась градуировочная зависимость в координатах: количество ?- фазы (%) - напряжение рассогласования на выходе (мВ).
После пересчета полученных данных измерений строили мартенситные кривые деформации в координатах: количество феррита (мартенсита) ?, % - степень деформации кручением - g, %. МКД при необходимости сопоставляли с соответствующими диаграммами кручения в координатах Мк