Файл: Термопластическое упрочнение конструкционных сталей, работающих при низких температурах..pdf

2. Многократная механико-термическая обработка (ММТО), т. е. трехкратное повторение циклов МТО.

3. Механико-термическая обработка по режимам: а) плас­ тическая деформация растяжением на 6% при температурах 100, 300, 500 и 700° С; б) последующая выдержка в разгру­ женном состоянии при температуре деформации (700°) в те­ чение 20 ч, а после деформации — выдержка при 500° С.

Данные режимы механико-термической обработки выбра­ ны для достижения наиболее благоприятной дислокационной структуры. Известно, что управляющими факторами при этом являются степень, температура и скорость деформации. В на­ шем случае взяты постоянными степень и скорость дефор­ мации. Деформация производилась на величину остаточной деформации, равной 6%, на разрывной машине ГМС-50.

Однако получаемая в результате пластической деформа­ ции структура с большой плотностью дислокаций характе­ ризуется высокой метастабильностью вследствие неупорядо­ ченного и неравномерного распределения дислокаций по объему. Поэтому для наиболее благоприятного перераспре­ деления дислокаций деформированные образцы выдержива­ лись в разгруженном состоянии при температуре деформации в течение 20 ч.

4. Высокотемпературная термомеханическая обработка: а) пластическая деформация растяжением на 6% при темпе­ ратуре 930° С; б) после деформации при 930° С немедленная закалка в воде с температуры деформации; в) для части об­ разцов— последующий отпуск при температуре 500° С.

Для стали Ст. 5 проводились: 1) аустенизация при тем­ пературе 1110° С в течение 1 ч; 2) подстуживание до темпе­ ратуры деформации 950, 930 и 900° С; 3) пластическая де­ формация растяжением на 6 %; 4) немедленная закалка с температуры деформации в воде. Для части образцов произ­ водился последующий отпуск при температуре 500° С.

Деформация осуществлялась растяжением на разрывной машине ГМС-50. Нагрев образцов до нужной температуры производился трубчатой печью СУОЛ-04. Температура заме­ рялась и регулировалась с помощью термопары в комплекте с самопишущим и регулирующим потенциометром типа ПСР-1.

Для проведения ВТМО, где скорость охлаждения дефор­ мированного при высоких температурах металла имеет одно из решающих значений, были сконструированы скоросъемные захваты (рис. 5). Образцы охлаждались в закалочных ван­ нах со спокойной водой. Скорость охлаждения регулирова­ лась изменением уровня воды в ванне, а также подбором объема ванны.

Температура образцов регистрировалась начиная от вре­ мени прекращения деформации до погружения его в закалоч­ ную ванну. При данной конструкции захватов в момент

24

-------

Рис. 5. Принципиальная схема установки для проведения ВТМО.

/ — захват машины; 2 — переходник; 3 — палец; 4 — захват образца; 5 — образец; 6 — электропечь; 7 — по­ тенциометр; 8 — автотрансформатор.

погружения в воду температура образца выше Лс3. Как пока­ зано в работах [2, 4, 9] при такой скорости охлаждения де­ формированного при высоких температурах металла процес­ сы собирательной рекристаллизации не происходят, что ис­ ключает рост зерен аустенита. Жесткое крепление термопары к образцу с последующей его изоляцией от влияния темпе­ ратурного поля окружающей среды посредством шнурового асбеста позволяло контролировать температуру образца не только при нагреве, но и охлаждении. Степень деформации образца определялась по диаграммной записи разрывной ма­ шины. Принципиальная схема установки для осуществления ВТМО дана на рис. 5.

Испытания проводились на круглых образцах (рис. 6, а) . Такая форма образца позволяет достичь сравнительно рав-

25

данных условиях термомеханической обработки образец ис­ пытывался на твердость по длине его (см. рис. 6). Предва­ рительно перед этим образцы подвергались механической шлифовке. Как видно из рис. 6, наибольшее упрочнение по­ лучается на средней части образца длиной 60—80 мм. Поэто­ му для последующих испытаний на ударную вязкость, рас­ тяжение и по определению энергетического критерия Ирвина Ко образцы вырезались так, как показано на рис. б, б, 7, 8.

Из части упрочненных образцов были изготовлены свар­ ные образцы с целью исследования влияния термомеханиче­ ской обработки на ударную вязкость в зависимости от тем-

26 t

наносились в зоне термического влияния сварки на расстоя­ нии 1,5 мм от границы шва (рис. 9).

Центрирование образцов и выдерживание зазора 2 мм производилось в патронах специально приспособленного то­ карного станка при 4 об/мин.

Для снятия искажений структуры в поверхностном слое, внесенных при токарном изготовлении, все образцы подвер­ гались электролитической полировке в растворе состава: ортофосфорной кислоты — 48%, серной — 40 и воды — 12%.

Для сравнения проводилась также термическая обработ­

После соответствующих упрочняющих и термических об­ работок исследовалось изменение характеристик прочности и пластичности упрочненных сталей Ст. 3 и Ст. 5 при пониже­ нии температуры. Определялось изменение временного сопро­ тивления (ав), предела текучести (ат), относительного суже­

27

-220 Б

Рис. 10. Схема установки для проведения испытаний при низких температурах.

1 — образец, 2 — термопара; 3 — терморегулятор; 4 — сосуд Дьюара.

ники с шаровой опорой. Такая конструкция переходников позволяет точно центрировать образец. В качестве хладоагента применяется спирт. Предварительная минусовая темпера­ тура создается непосредственной заливкой азота в ванну, дальнейшее регулирование температуры производится с по­ мощью термопары группы ХК 2, потенциометра 3 и сосуда Дьюара с жидким азотом 4 с вмонтированным внутри нагре­ вательным элементом. При увеличении температуры выше заданной потенциометром включается нагреватель и парьг азота охлаждают хладоагент. С достижением заданной тем­ пературы управляющие контакты потенциометра выключают нагреватель.

Прежде чем перейти к описанию методики исследования влияния упрочняющих обработок на склонность Ст. 3 и Ст. 5-

28

‘К хладноломкости, считаем необходимым рассмотреть суще­ ствующие методы оценки склонности сталей к хрупкому раз­ рушению.

Наиболее распространенным является метод ударной вяз­ кости, который позволяет получить сравнительные количест­ венные данные о вязкости стали и определить критическую температуру хрупкости.

Общая удельная работа разрушения ап слагается из двух составляющих: работы зарождения трещины а3, затраченной на преодоление упругой и пластической деформаций до за­ рождения трещины, и работы распространения трещины затраченной на преодоление пластической деформации в вер­ шине зарождающейся трещины. Предложен ряд методов раз­ деления работы разрушения на составляющие [38—41 и др.]. Одним из перспективных можно назвать метод определения составляющих работы разрушения осциллографированием процесса ударного нагружения [42]. Площадь полученной в координатах нагрузка — время осциллограммы является ин­ тегральным выражением работы разрушения. Прямая, про­ веденная нормально к оси абсцисс из точки, соответствую­ щей максимальной нагрузке, делит осциллограмму на две половины, площади которых численно соответствуют значе­ ниям работы зарождения и распространения разрушения.

Существуют методы, позволяющие непосредственно опре­ делять работу распространения трещины: методы Дроздовского [39], Отани [40]. В первом случае нанесение усталост­ ной трещины с заданными размерами исключает измерение работы зарождения при испытании на ударный изгиб, во вто­ ром— для зарождения трещины производится удар по над­ резанному образцу с незначительным запасом энергии и оп­ ределяется глубина возникшей трещины. Вторичный удар с обычным для стандартных испытаний запасом энергии нано­ сится для измерения работы, необходимой на распростране­ ние трещины.

Не будем подробно останавливаться на методах Гуляева [41] и Лифшпца, Рахманова [38]. Эти методы основаны на гипотезе о прямолинейной зависимости работы разрушения от остроты надреза [41] и угла изгиба образца [38]. Резуль­ таты разделения составляющих ударной вязкости различны­ ми методами противоречивы, но, как видно по эксперимен­ тальным исследованиям, метод Дроздовского наиболее полно отражает физическую природу разрушения материалов и обеспечивает высокую точность оценки склонности стали к хладноломкости. Определение значений составляющих удар­ ной вязкости позволяет производить сравнительную оценку склонности к хладноломкости металлов, однако назрела необходимость обоснованной количественной характери­ стики.

29