16 октября 2016г.
Зачастую, традиционные способы упрочняющих технологий оказываются недостаточно эффективными для использования в новой технике. Это привело к появлению комплексных технологий, одновременно использующих различные способы и приемы управления формированием структурой материалов. К таким технологиям можно отнести деформационную термоциклическую обработку (ДТЦО), в технологических режимах которой одновременно используются воздействия температуры и деформации. Причем эти воздействия проводятся циклически с различным количеством циклов обработки и параметрами самого цикла. В литературе довольно широко освещаются термоциклическая обработка и ДТЦО как технологии, упрочняющие стали различного вида, чугуны и алюминиевые сплавы [1-5, 9]. В значительно меньшей мере присутствуют сведения об использовании технологических режимов, разработанных для улучшения электрических, магнитных, тепловых и других физических свойств различных материалов. Примерами таких исследований являются работы авторов [6-7, 9].
Дополнительным резервом улучшения свойств стали, может быть, последующая термическая обработка, оказывающая влияние на ее структуру и наиболее важные свойства. Для магнитно-мягких материалов такими свойствами могут являться электрические, магнитные и тепловые. Поэтому целью работы являлось исследование воздействия ДТЦО и последующего отжига на коэрцитивную силу и линейное расширение листовой стали 10сп.
В качестве материала исследования была взята низкоуглеродистая сталь 10сп. Сталь была выплавлена в ОАО «НКМК» (г. Новокузнецк). Химический состав опытной стали, в % (вес.): C – 0,13; Si – 0,22; Mn – 0,42; P – 0,014; S – 0,018; Cr – 0,05; Ni – 0,04; Cu– 0,20; Fe – ост. Сляб из опытной стали размером 900×700×500 мм подвергали горячей циклической ковке. Схема ковки – однопроходная протяжка плоскими бойками. Деформацию слябов проводили в ОАО ЗСМК (г. Новокузнецк) на гидравлическом ковочном прессе усилием 20 МН. Температура нагрева под ковку составляла 1250 °С, время выдержки сляба в печи перед ковкой – 2 ч Охлаждение поковок проводили на воздухе до 200-300°С. Количество циклов ковки – 10, степень деформации в каждом цикле составляла 6÷8 %. Суммарная степень деформации равнялась 65÷68 % при величине общего коэффициент уковки ~ 1,90. Высота заготовки после ковки составляла 300÷310 мм. В дальнейшем заготовки были прокатаны на стане 810 по промышленной технологии. Более подробно технологический режим изготовления листа с использованием ДТЦО приведен в работе [8]. Для определения температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР) стальных образцов использовали высокотемпературный дилатометр DIL 402C с погрешностью измерения 0,1·10-6 К-1. Определение коэрцитивной силы проводили на приборе КИФМ-1 на листовых образцах толщиной 3 мм и размером 90×120 мм. Погрешность измерения составляла 4 А/м.
Одним из важнейших свойств магнитно-мягких материалов является коэрцитивная сила, определяющая потери энергии на перемагничивание элементов магнитных цепей. В связи с этим была определена коэрцитивная сила для горячекатаной стали 10, изготовленной по промышленному режиму прокатки и с использованием ДТЦО. В первом случае она составила 214 А/м, а в случае использования ДТЦО – 232 А/м. Такое повышение коэрцитивной силы за счет использования режимов ДТЦО при изготовлении листовой стали 10 можно объяснить изменениями, происходящими в ее микроструктуре и, прежде всего, измельчением зерен феррита и перлитных колоний, ориентированных вдоль направления прокатки. Такие изменения приводят к увеличению протяженности границ зерен в структуре листовой стали.
Исследование воздействия режима термоциклической ковки на линейное расширение стали 10 показало, что использование ДТЦО практически не оказывает влияния на температурный коэффициент линейного расширения.
В дальнейшем было исследовано влияние температуры отжига на физические свойства листовой стали 10 (толщина 3 мм), подвергнутой ДТЦО. Установлено, что увеличение температуры отжига со временем выдержки 10 ч приводит к последовательному снижению величины коэрцитивной силы стали (рисунок 1). Наиболее интенсивно снижение начинается от температуры отжига 600°С. Минимальное значение коэрцитивной силы соответствует отжигу при 900°С и составляет 83 А/м, что почти в 3 раза ниже, чем у образцов без термической обработки. По-видимому, снижение величины коэрцитивной силы листовой стали, изготовленной с использованием ДТЦО, с увеличением температуры отжига объясняется общим снижением уровня дефектов кристаллического строения и напряжений, значительным ростом зерна феррита и некоторым уменьшением объемной доли перлитных включений.
Кривые температурной зависимости линейного расширения стали 10,
изготовленной с термоциклической
ковкой, от температуры испытаний после отжига в
течение 10 ч при 800 и 900°С
приведены на рисунке 2. Анализ представленных кривых позволяет сделать вывод о снижения способности стали 10 к термическому расширению после отжига при всех исследуемых температурах. Причем при высокотемпературном
отжиге (800 и 900°С) снижение ТКЛР стали более заметно, и составляет в среднем более 6 % во всем температурном интервале испытаний (до 450°С).
Таким образом, использование ДТЦО для изготовления листа из стали 10 (толщина
3 мм) повышает величину ее коэрцитивной силы не более чем на 8 % по сравнению с промышленным режимом и не оказывает существенного влияния
на термическое расширение. Последующий высокий
отжиг (900°С) в течение 10 ч листовой стали 10, изготовленной с использованием термоциклической ковки, позволяет снизить ее
коэрцитивную силу почти в 3 раза по сравнению с термически необработанной сталью, а также уменьшить
ТКЛР в среднем более чем на 6
% в интервале до 450°С.
Список литературы
1.
Prudnikov A.N. Influence of
Thermal-Cyclic Deformation
and Hardening Heat Treatment on the Structure and Properties of Steel
10
//
A.N. Prudnikov,
V.A. Prudnikov // Applied Mechaniecs and
Materials. – Vol.
788. – pp. 187-193.
2.
Патент 20130084 РФ Способ термоциклической
обработки чугуна / В.К. Афанасьев, Н.В. Чибряков, А.Н. Прудников и др. – Заявл. 07.07.1998. – Опубл. 10.05.1999. – Б. И. № 13.
– С. 455.
3.
Прудников А.Н.
Комплексное воздействие отжигов и термоциклической
ковки на структуру и свойства заэвтектических силуминов // Деформация и
разрушение материалов.– 2014.– № 2.–С.14-20.
4.
Прудников А.Н.
Поршневые деформируемые заэвтектические силумины // Технология
металлов.– 2014.– № 2.– С. 8-11.
5.
Прудников А.Н.
Исследование термоциклической деформации
для получения полуфабрикатов
из
заэвтектических силуминов
/
А.Н. Прудников, В.А.
Прудников / Сб. материалов ХIХ Межд. научн.-практ. конф. «Металлургия: технология, инновации,
качество»
–
15-16 ноября
2015
г.
–
Новокузнецк,
СибГИУ, 2015. – С.
15-18.
6.
Прудников А.Н.
Оценка воздействия
термоциклической деформации и
последующей термической обработки на электрофизические свойства низкоуглеродистой стали / А.Н. Прудников, М.В. Попова, В.А.
Прудников//
Актуальные проблемы в
машиностроении:
– 2015.– № 2.– С. 396-400.
7.
Прудников А.Н. Влияние термической обработки на электрические свойства низкоуглеродистой стали, изготовленной с использованием ДТЦО / А.Н.
Прудников, М.В. Попова, В.А. Прудников / Сб. материалов 7-ой Межд. научн.- практ. конф. «Инновации в машиностроении» – 23 сентября
2015 г. – Кемерово, КГТУ, 2015. – С. 377-380.
8.
Прудников А.Н. Оценка структуры, свойств и загрязненности неметаллическими включениями деформационно-термоциклически обрабо- танной стали 10 / А.Н. Прудников, В.А. Прудников и др. / Сб. материалов ХIХ Межд. научн-практ. конф. «Металлургия:
технология, инновации, качество» – 15-16 ноября 2015 г. – Новокузнецк, СибГИУ,
2015. – С. 35-39.
9.
Федюкин В.К.
Термоциклическая
обработка металлов и деталей
машин/ В.К. Федюкин, М.Е. Смагоринский – Л. Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1989.– 255 с.
