Особливості формування структури і властивостей вуглецевих сталей при газоповітряному охолодженні та розробка екологічно чистої технології термічної обробки дроту для виготовлення поршневих кілець - Автореферат

Нині підприємства країн СНД і провідні закордонні фірми, які виробляють дріт для виготовлення сталевих канатів, металокорду, пружин, струн і ін. виробів, широко застосовують класичний процес патентування з застосуванням розплавів свинцю чи селітри як охолоджуючих середовищ і подальшим травленням поверхневої окалини в розчинах кислот. Патентування, як попередня чи проміжна термообробка, за рахунок формування структури дрібнодисперсного перліту (сорбіту) визначає здатність сталі до подальшої холодної пластичної деформації. Однак відсутність відомостей про процеси структуроутворення і формування властивостей вуглецевої сталі при газовому охолодженні не дозволяє розробити технологічні основи і здійснити практичну реалізацію способу газового патентування. Метою дисертаційної роботи було встановлення закономірностей структуроутворення і формування властивостей вуглецевої сталі при охолодженні газовим потоком і на цій основі визначення технологічних параметрів екологічно чистого і ресурсозберігаючого процесу термічної обробки дроту. Для досягнення поставленої мети вирішені наступні задачі: вивчено особливості розпаду переохолодженого аустеніту вуглецевої сталі при традиційному патентуванні з застосуванням розплаву селітри або свинцю як охолоджуючого середовища;При побудові кінетичних діаграм розпаду аустеніту зразки нагрівалися до температури 920±5 0с протягом 2 хвилин, витримувались 3 хвилини при цій температурі і далі охолоджувалися в селітрі з температурою розплаву 600, 550, 500, 450, 400 і 350 0с. Для вивчення впливу розміру поперечного перерізу зразка на температурно-часові інтервали перетворень аустеніту використовувалися зразки діаметром 6,5, 5,0, 4,0 і 3,0 мм, які обробляли за режимом, близьким до технологічного процесу патентування в заводських умовах: нагрівання до 920±5 0с протягом 2-5 хвилин у залежності від розміру зразка, витримка 3 хвилини і наступне охолодження в розплаві калієвої селітри з температурою розплаву 465±5 0с. Аналіз отриманих кривих охолодження і дилатограм показав, що при охолодженні в розплаві селітри з температурою 600, 550, 500, 450, 400 і 3500с фактична температура початку перетворень аустеніту складає 670, 623, 600, 542, 460 і 3900с, відповідно. У той же час, як показали проведені дослідження, охолодження газовим потоком має ряд відмінних рис від охолодження в розплавах. Установлено, що охолодження газовим потоком в інтервалі 920-5000С, на відміну від охолодження в розплавах з температурою 450-5000С, приводить до зниження температури металу з практично постійною швидкістю.У дисертації приведене нове рішення науково-практичної задачі, що полягає у встановленні закономірностей протікання фазових перетворень і формування властивостей вуглецевої сталі при охолодженні високошвидкісним газоповітряним потоком. Установлено, що розпад аустеніту вуглецевої сталі в розплаві селітри з температурою 600-350 ос відбувається при безперервному охолодженні до досягнення температури розплаву. Показано, що кінетика перетворення аустеніту при охолодженні в розплавах зразків діаметром 1,6-6,5 мм повинна описуватися не ізотермічною, а термокінетичною діаграмою. Показано, що розпад аустеніту у вуглецевій доевтектоїдній сталі відбувається з перекриттям температурних інтервалів перетворень, формуючи змішану структуру. Неізотермічність розпаду аустеніту дозволяє використовувати інтенсивний газовий потік як охолоджуюче середовище при термічній обробці дроту, що забезпечує аналогічні з розплавами швидкості охолодження.

Основний зміст роботиОсновний зміст дисертації опубліковано в роботах

1. Левченко Г.В., Борисенко А.Ю. Газовое патентирование стальной проволоки //Теория и практика металлургии. - 2001. - № 1. - С. 44 - 46.

2. Левченко Г.В., Борисенко А.Ю., Лохматов А.П., Барышев Е.В. Развитие технологического процесса патентирования проволоки //Металл и литье Украины. - 2001. - № 1 - 2. - С. 48 - 52.

3. Левченко Г.В., Борисенко А.Ю., Филиппов В.В., Колосов Б.Н., Жигулин В.В., Галенко Ю.С. Исследование скорости охлаждения катанки и проволоки высокоскоростным газовым потоком //Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. науч. тр. - К.: Наукова думка, 2001. - С. 217 - 223.

4. Марцинив Б.Ф., Горбанев А.А., Борисенко А.Ю., Левченко Г.В., Колосов Б.Н., Жигулин В.В. Формирование структуры и свойств катанки при охлаждении высокоскоростным воздушным потоком //Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2001. - № 6. - С. 66 - 70.

5. Борисенко А.Ю., Марцинив Б.Ф., Левченко Г.В. Влияние непрерывного высокоскоростного воздушного охлаждения на структуру и свойства высокоуглеродистой стали //Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. науч. тр. - К.: Наукова думка, 2002. - С. 291 - 295.

6. Левченко Г.В., Борисенко А.Ю., Евсюков М.Ф., Марцинив Б.Ф., Исследование кинетики распада аустенита и формирования микроструктуры углеродистой стали при патентировании //Новини науки Придніпровя. - 2003. - № 1- С. 17-22.

7. Борисенко А.Ю., Левченко Г.В., Вакуленко И.А., Сикачина И.В., Барышев Е.В. Применение технологии газового патентирования при производстве ленты для изготовления стальных поршневых колец //Металлургическая и горнорудная промышленность.-2003.-№. 3.- С. 61-65.

Размещено на .ru

У дисертації приведене нове рішення науково-практичної задачі, що полягає у встановленні закономірностей протікання фазових перетворень і формування властивостей вуглецевої сталі при охолодженні високошвидкісним газоповітряним потоком. Це дозволило розробити альтернативну екологічно чисту технологію термічної обробки дроту для виготовлення сталевих поршневих кілець.

1. Установлено, що розпад аустеніту вуглецевої сталі в розплаві селітри з температурою 600-350 ос відбувається при безперервному охолодженні до досягнення температури розплаву. Показано, що кінетика перетворення аустеніту при охолодженні в розплавах зразків діаметром 1,6-6,5 мм повинна описуватися не ізотермічною, а термокінетичною діаграмою.

2. Показано, що розпад аустеніту у вуглецевій доевтектоїдній сталі відбувається з перекриттям температурних інтервалів перетворень, формуючи змішану структуру. Типи мікроструктур, що формуються, і їхнє співвідношення залежать від температурного інтервалу перетворень.

3. Неізотермічність розпаду аустеніту дозволяє використовувати інтенсивний газовий потік як охолоджуюче середовище при термічній обробці дроту, що забезпечує аналогічні з розплавами швидкості охолодження. В разі використання в якості охолоджуючого газу повітряного потоку зі швидкістю 80-150 м/с забезпечується одержання аналогічних швидкостей охолодження дротової заготовки діаметром 6,5-3,0 мм, як у розплавах свинцю і селітри. Розраховані коефіцієнти тепловіддачі при охолодженні газовим потоком і в розплавах селітри або свинцю збігаються.

4. Для запобігання утворення гартівних структур у патентованій заготовці діаметром 6,5-3,0 мм із середньо- і високовуглецевої сталі інтенсивне охолодження газовим потоком зі швидкістю більше 50-55 ос/с варто переривати при температурах не нижче 520-500 ос з подальшим охолодженням у спокійній газовій атмосфері.

5. Показано, що охолодження газовим потоком дротової заготовки діаметром 6,5-3,0 мм приводить до формування рівномірної мікроструктури по всьому перетину. Розпад аустеніту в інтервалі 620-520 ос при газовому охолодженні приводить до формування мікроструктури і рівня механічних властивостей, аналогічних після охолодження в розплавах селітри і свинцю.

6. Зниження температури розпаду від ~ 620 до 520 ос зменшує розкид значень видимих міжпластинкових відстаней у перліті, знижує середні значення дійсних міжпластинкових відстаней, зменшує розміри перлітних колоній і змінює морфологію цементиту.

7. Показано, що на властивості сталі і морфологію цементиту впливає не тільки температурний інтервал перетворення, але й умови його досягнення і протікання реакції в цьому температурному інтервалі. Здійснення режиму перерваного охолодження приводить до збільшення частки перліту зі стрічковою і стрижневою морфологією цементиту і зниженню частки перліту з пластинчастою морфологією цементиту, формованого при безперервному газовому охолодженні й у розплавах.

8. Установлено, що розпад аустеніту в інтервалі температур ~ 620 до 520 ос як при охолодженні газовим потоком, так і при охолодженні в розплаві селітри приводить до формування, поряд з високодисперсним перлітом, цілого ряду різних морфологічних типів верхнього бейніту. Розходження їхньої морфології обумовлені різним сполученням швидкостей дифузійного перерозподілу вуглецю і зсувного механізму ? > ? перетворення.

9. Ідентичність мікроструктури і властивостей вуглецевої сталі після газового і традиційного патентування приводить до однакового характеру зміни властивостей у процесі холодної пластичної деформації. Це дозволило застосувати технологію газового патентування при виробництві сталевої стрічки, використовуваної ВАТ "Одеський завод поршневих кілець", для виготовлення поршневих кілець двигунів внутрішнього згоряння.