||
ДонНТУ >
Портал магистров ДонНТУ
Факультет физико-металлургический
Специальность: Прикладное материаловедение
Целью работы является исследование влияния параметров термической обработки на структуру и свойства высокоуглеродистой хромоникелевой стали.
В последнее время появилось много работ, которые посвящены анализу разработки и использованию новых валковых материалов.
В современных скоростных проволочных станах для изготовления прокатных валков используют твердые сплавы. Они обеспечивают высокое сопротивление абразивному изнашиванию, длительные выдержки форм калибра и хорошо отвечают требованию к материалу для изготовления валков чистовых клетей, которые работают в условиях значительного абразивного износа при высоких скоростях прокатки. Однако при меньших скоростях прокатки в предчистовых клетях такие валки склонны к образованию сетки разгара. Рядом с разными видами материалов валков из низкоуглеродистых сталей, чугунов все больше применяют валки из хромоникелевых износостойких сталей.
Высокоуглеродистые хромоникелевые стали могут быть альтернативным более дешевым материалом для изготовления валков предчистовых клетей. Эти стали обладают повышенной износостойкостью из-за содержания в них высокопрочной легированной матрицы со значительным количеством избыточных специальных карбидов и хорошим сопротивлением термическому действию в процессе работы. Одной из главных особенностей первичной структуры литых сплавов эвтектического типа является наличие сетки эвтектических карбидов, что обуславливает прочность и достаточную вязкость.
Для экспeриментальных исследований были выбраны образцы из высокоуглеродистой хромоникелевой стали 150Х15Н5(1,5%С; 14%Cr ;5%Ni; 0,4%Mn; 0,3% Si).
Исследования проводили на образцах в литом состоянии и со степенью деформации 90%. В процессе работы образцы нагревали до температур 950 ºС, 1000 ºС, 1050 ºС, 1100 ºС, затем охлаждали с разной скоростью (в масле, на воздухе и в печи). После термической обработки проводили измерение твердости по шкале HRC. В качестве количественной характеристики микроструктуры оценивали содержание остаточного аустенита с помощью рентгеноструктурного анализа (РСА), сравнивая интенсивности линий (110)α и (111)γ фазы. Анализ микроструктуры литого образца показал, что структура состоит из крупных дендритов и эвтектических карбидов, образовавшихся между ними в процессе конечной кристаллизации.
РСА показал, что в литом состоянии матрица представлена только γ фазой; твердость образцов составила 22-24HRC; ферромагнитные свойства не проявлялись, следовательно, литой образец соответствует стали аустенитного класса. На рисунке 1 представлена структура литого образца из хромоникелевой стали 150Х15Н5.
Рисунок 1 – Структура литого образца из хромоникелевой высокоулеродистой стали(150Х15Н5)
Твердость образцов из литой стали после термообработки и характеристики фазового состава представлены в таблицах 1 и 2 соответственно.
Таблица 1 – Влияние температуры нагрева и среды охлаждения на твердость стали 150Х15Н5
Таблица 2 – Количество остаточного аустенита в структуре стали 150Х15Н5, %
Анализ полученных результатов показывает, что влияние скорости охлаждения на твердость стали имеет аномальный характер, т.е. снижение скорости охлаждения приводит в целом к повышению твердости. Чем выше температура нагрева, тем разница в твердости меньше. Количество остаточного аустенита в структуре литых образцов после термообработки коррелирует с изменением твердости. На рисунке 2 представлены структуры образцов, продеформированных на 90%.
Рисунок 2 – Структура продеформированного на 90% образца из стали 150Х15Н5
Данные о влиянии параметров термообработки на твердость и количество остаточного аустенита образцов из стали, деформированной на 90%, приведены соответственно в таблицах 3 и 4.
Таблица 3 - Влияние температуры нагрева и среды охлаждения на твердость стали 150Х15Н5(ε=90%)
Таблица 4 - Количество остаточного аустенита в структуре стали 150Х15Н5 (ε=90%), %
Характер влияния скорости охлаждения в деформированных образцах отличается от характера литых образцов, за исключением температуры 1100ºС, т.е. со снижением скорости охлаждения твердость либо незначительно понижается(950ºС), либо практически не изменяется. Количество остаточного аустенита в зависимости от среды охлаждения меняется монотонно, за исключением температуры 1100ºС. Таким образом, термическая обработка образцов литого металла меняет структурный класс стали и наблюдается аномальное влияние скорости охлаждения на твердость. Пластическая деформация, предшествующая термообработке, резко снижает влияние скорости охлаждения и температуры нагрева на твердость исследуемой стали.
