Литые штампы для горячего объемного деформирования - Куниловский В.В.
Скачать (прямая ссылка):
92
Таблица 6.9. Влияние различных режимов термической обработки на ударную вязкость литой стали марки 4Х5МФС
Режим термической обработки Твердость после термической обработки НКСэ Ударная вязкость КСи, Дж/см2, при ^исп=== 20 С
Нагрев до 1050 °С, выдержка 10 мин, охлаждение в масло, отпуск при 620 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе 40—41 9
Нагрев до 1200 °С, выдержка 2 ч, охлаждение в масло, отпуск при 630 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе 38—40 7,5
Нагрев до 1200 °С, выдержка 2 ч, охлаждение в масло, отпуск при 750 °С, выдержка 5 ч, охлаждение на воздухе, нагрев до 1100 °С, выдержка 10 мин, охлаждение в масло, отпуск при 630—640 °С, выдержка 4 ч, охлаждение на воздухе 39—41 15
Примечание. Второй отпуск выполняли при температуре 570—590 °С.
дующей обработкой для перекристаллизации, позволяет повысить значение ударной вязкости приблизительно на 60 %. Однако выполнение такой обработки в производственных условиях сопряжено с определенными трудностями, главной из которых является качественная защита поверхности литых штампов от обезуглероживания и окисления.
Повышение пластичности и вязкости литых теплоустойчивых сталей марки 4Х5МФС может быть еще более значительным, если высокотемпературной термической обработке с последующей перекристаллизацией подвергать модифицированный материал. В этом случае значение ударной вязкости стали марки 4Х5МФС составляет 19 Дж/см2 (отливка массой 50 кг, модифицирование — приблизительно 0,35 ФЦМ, термическая обработка на твердость 40—42 ЬЩСэ).
6.3. Повышение пластичности и вязкости литых теплоустойчивых сталей марки 4Х5МФС посредством корректировки их химического состава
Исходя из того, что в сталях марки 4Х5МФС именно ванадий в значительной степени влияет на дендритную ликвацию, а следовательно, и на выделение первичных карбидов в междендритных участках, была выплавлена серия опытных Сплавов стали, в которых в основном изменялось содержание углерода и ванадия (табл. 6.10).
Металл, выплавленный в индукционной печи с емкостью тигля 20 кг, разливали в сухие земляные формы типа клин. Окончательную термическую обработку осуществляли на твердость 39—42 Ш?СЭ, закалка производилась с 1050 °С в масло, двукратный отпуск — при температурах 600—630 °С и 570 °С продолжительностью 4 ч и 2 ч соответственно. 1
Определение суммарной протяженности первичных карбидов в исследуемых сталях после закалки (рис. 6.8) показало, что именно углерод и ванадий в сталях подобного класса являются элементами, в значительной степени определяющими эту характеристику. Так, суммарная протяженность
93
V
Таблица 6.10. Химический состав опытных плавок
Марка стали Массовое содержание легирующих элементов, %
С S Р Si Мп Сг Мо V
0,4 0,016 0,016 0,92 0,37 4,87 1,4 0,16
4Х5МФС 0,4 0,018 0,016 0,90 0,44 4,7 1,34 0,50
0,42 0,017 0,013 0,72 0,66 5,1 1,38 0,93
0,32 0,017 0,017 1,04 0,70 4,9 1,36 0,21
ЗХ5МФС 0,34 0,022 0,011 0,82 0,37 4,88 1,32 0,57
0,31 0,014 0,018 0,9 0,38 4,94 1,32 0,9
0,23 0,017 0,020 1,07 0,70 4,90 1,44 0,21
25Х5МФС 0,25 0,015 0,016 1,0 0,70 4,84 1,30 0,64
0,23 0,019 0,018 1,13 0,61 4,88 1,40 0,99
первичных карбидных выделений в отливке из стали марки 4Х5МФ1С, не переходящих в твердый раствор при термической обработке, составляет приблизительно 150 мкм/мм2. Уменьшение содержания углерода и ванадия приводит к существенному уменьшению количества и протяженности этих выделений.
В достаточно удовлетворительном соответствии с суммарной протяженностью первичных карбидов находятся пластичность и вязкость материала отливок (рис. 6.9 — 6.11): чем меньше в стали содержание углерода и ванадия, тем меньше первичных карбидов в междендритных участках, тем больше пластичность и вязкость литых сталей. При этом (как следует из рис. 6.10) уменьшение протяженности первичных карбидов приводит к росту
ТОЛЬКО СОСреДОТОЧеННОЙ ЧаСТИ ОТНОСИТеЛЬНОГО СуЖеНИЯ (\|Wcp) ; это лишний
раз свидетельствует о том, что первичные карбиды способствуют ускорению процесса разрушения.
Исходя из вышеизложенного, а также учитывая влияние хрома на теплоустойчивость [49], при дальнейших исследованиях был выбран следующий состав с массовым содержанием элементов: 0,27 — 0,32 % С; не более 0,030 % Р, S; 0,8—1,2% Si; 0,3—0,5% Мп; 3,5—4,5% Сг; 1,2—1,5 % Мо; 0,6—0,9 % V, остальное Fe.
Сравнительные исследования свойств стали выбранного состава на нижнем и верхнем пределах легирования, а также стали марок 4Х5МФС и 4Х5МФ1С осуществляли на образцах, изготовленных из отливок сечением 150X150 мм, после закалки с 1050 °С и отпуска на твердость 41—43 HRC3. Химический состав исследуемых сталей приведен в табл. 6.11.
Полученные результаты свидетельствуют о ряде преимуществ нового состава стали по сравнению с серийными марками сталей, которые заключаются в следующем:
в структуре стали опытного состава в сравнении со сталями марок 4Х5МФС и 4Х5МФ1С содержится значительно меньшее количество первичных карбидных выделений, не переходящих в твердый раствор при аусте-низации (рис. 6.12);
в отличие от стандартных марок стали, которые обладают крайне незначительной пластичностью в области умеренных температур испытания, стали нового состава при испытаниях на растяжение претерпевают существенную пластическую деформацию (рис. 6.13, а); значения относительного сужения на образцах, вырезанных из центральных участков отливок, составляют г|?= 16-^20 % (/„cn = 20°C);
