Апстракт: Проучаван је утицај различитих процеса термичке обраде на перформансе материјала ЗГ06Цр13Ни4Мо. Тест показује да након термичке обраде на 1010℃ нормализације + 605℃ примарног каљења + 580℃ секундарног каљења, материјал достиже најбољи индекс перформанси. Његова структура је мартензит са ниским садржајем угљеника + аустенит реверзне трансформације, високе чврстоће, жилавости на ниским температурама и одговарајуће тврдоће. Задовољава захтеве перформанси производа у примени производње топлотног третмана ливења великих сечива.
Кључне речи: ЗГ06Цр13НИ4Мо; мартензитни нерђајући челик; оштрица
Велике лопатице су кључни делови хидроенергетских турбина. Услови експлоатације делова су релативно тешки и дуго су изложени утицају струјања воде под високим притиском, хабању и ерозији. Материјал је одабран од ЗГ06Цр13Ни4Мо мартензитног нерђајућег челика са добрим свеобухватним механичким својствима и отпорношћу на корозију. Са развојем хидроенергије и сродних ливења ка великим размерама, постављају се виши захтеви за перформансе материјала од нерђајућег челика као што је ЗГ06Цр13Ни4Мо. У том циљу, у комбинацији са производним испитивањем ЗГ06Ц р13Н и4М или великих лопатица домаћег предузећа за хидроенергетску опрему, кроз интерну контролу хемијског састава материјала, упоредни тест процеса термичке обраде и анализу резултата испитивања, оптимизована једнострука нормализација + топлота двоструког каљења процес обраде материјала од нерђајућег челика ЗГ06Ц р13Н и4М о је одређен за производњу одливака који испуњавају захтеве високих перформанси.
1 Унутрашња контрола хемијског састава
ЗГ06Ц р13Н и4М о материјал је мартензитни нерђајући челик високе чврстоће, за који се захтевају висока механичка својства и добра ударна жилавост при ниским температурама. Да би се побољшале перформансе материјала, хемијски састав је интерно контролисан, захтевајући в (Ц) ≤ 0,04%, в (П) ≤ 0,025%, в (С) ≤ 0,08%, а контролисан је и садржај гаса. Табела 1 приказује опсег хемијског састава унутрашње контроле материјала и резултате анализе хемијског састава узорка, а табела 2 приказује захтеве интерне контроле садржаја гаса у материјалу и резултате анализе садржаја гаса узорка.
Табела 1 Хемијски састав (масени удео, %)
| елемент | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| стандардни захтев | ≤0,06 | ≤1.0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3.5-5.0 | 11.5-13.5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Састојци Интерна контрола | ≤0,04 | 0,6-0,9 | 1.4-0.7 | ≤0,025 | ≤0,008 | 4.0-5.0 | 12.0-13.0 | 0,5-0,7 | ≤0,5 | ≤0,040 |
| Анализирајте резултате | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0.02 | 0,035 |
Табела 2 Садржај гаса (ппм)
| гас | H | O | N |
| Захтеви унутрашње контроле | ≤2.5 | ≤80 | ≤150 |
| Анализирајте резултате | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
ЗГ06Ц р13Н и4М о материјал је топљен у електричној пећи од 30 т, рафиниран у 25Т ЛФ пећи за легирање, прилагођавање састава и температуре, и разугљичен и дегазиран у 25Т ВОД пећи, чиме се добија растопљени челик са ултра-ниским садржајем угљеника, уједначен састав, висока чистоћа и низак садржај штетних гасова. Коначно, алуминијумска жица је коришћена за коначну деоксидацију да би се смањио садржај кисеоника у растопљеном челику и даље рафинисала зрна.
2 Испитивање процеса термичке обраде
2.1 План испитивања
Тело за ливење је коришћено као тестно тело, величина тестног блока је била 70мм×70мм×230мм, а прелиминарна топлотна обрада је била омекшавање жарења. Након консултације са литературом, изабрани параметри процеса термичке обраде су: нормализујућа температура 1 010℃, температуре примарног каљења 590℃, 605℃, 620℃, секундарна температура 580℃, а за упоредна испитивања коришћени су различити процеси каљења. План тестирања је приказан у табели 3.
Табела 3 План испитивања термичке обраде
| План суђења | Процес испитивања термичке обраде | Пилот пројекти |
| A1 | 1 010℃Нормализовање+620℃Каљење | Затезна својства Ударна жилавост Тврдоћа ХБ Својства савијања Микроструктура |
| A2 | 1 010℃Нормализација+620℃Каљење+580℃Каљење | |
| B1 | 1 010℃Нормализовање+620℃Каљење | |
| B2 | 1 010℃Нормализација+620℃Каљење+580℃Каљење | |
| C1 | 1 010℃Нормализовање+620℃Каљење | |
| C2 | 1 010℃Нормализација+620℃Каљење+580℃Каљење |
2.2 Анализа резултата испитивања
2.2.1 Анализа хемијског састава
Из резултата анализе хемијског састава и садржаја гаса у табели 1 и табели 2, главни елементи и садржај гаса су у складу са оптимизованим опсегом контроле састава.
2.2.2 Анализа резултата испитивања перформанси
Након термичке обраде према различитим шемама испитивања, извршена су испитивања поређења механичких својстава у складу са стандардима ГБ/Т228.1-2010, ГБ/Т229-2007 и ГБ/Т231.1-2009. Експериментални резултати су приказани у табели 4 и табели 5.
Табела 4 Анализа механичких својстава различитих шема процеса термичке обраде
| План суђења | Rp0.2/Мпа | Рм/Мпа | А/％ | З/％ | AKV/Ј(0℃) | Вредност тврдоће ХБВ |
| стандардне | ≥550 | ≥750 | ≥15 | ≥35 | ≥50 | 210~290 |
| A1 | 526 | 786 | 21.5 | 71 | 168、160、168 | 247 |
| A2 | 572 | 809 | 26 | 71 | 142、143、139 | 247 |
| B1 | 588 | 811 | 21.5 | 71 | 153、144、156 | 250 |
| B2 | 687 | 851 | 23 | 71 | 172、165、176 | 268 |
| C1 | 650 | 806 | 23 | 71 | 147、152、156 | 247 |
| C2 | 664 | 842 | 23.5 | 70 | 147、141、139 | 263 |
Табела 5 Испитивање савијања
| План суђења | Тест савијања (д=25,а=90°) | процена |
| B1 | Пукотина 5,2×1,2 мм | Неуспех |
| B2 | Нема пукотина | квалификовани |
Из поређења и анализе механичких својстава: (1) Нормализација + термичка обрада, материјал може добити боља механичка својства, што указује на то да материјал има добру отврдљивост. (2) Након нормализоване топлотне обраде, јачина течења и пластичност (издужење) двоструког каљења су побољшани у поређењу са појединачним каљењем. (3) Из инспекције и анализе перформанси савијања, перформансе савијања процеса испитивања нормализације Б1 + једнократно каљење су неквалификоване, а перформансе испитивања савијања процеса испитивања Б2 након двоструког каљења су квалификоване. (4) Из поређења резултата испитивања 6 различитих температура каљења, Б2 процесна шема од 1 010℃ нормализације + 605℃ једнократног каљења + 580℃ секундарног каљења има најбоља механичка својства, са граном течења од 687МПа, издужењем од 23%, жилавост на удар већу од 160Ј на 0℃, умерена тврдоћа од 268ХБ и квалификоване перформансе савијања, све испуњава захтеве перформанси материјала.
2.2.3 Металографска анализа структуре
Металографска структура тестних процеса материјала Б1 и Б2 анализирана је према ГБ/Т13298-1991 стандарду. На слици 1 је приказана металографска структура нормализовања + 605℃ првог каљења, а на слици 2 приказана је металографска структура нормализовања + прво каљење + друго каљење. Из металографског прегледа и анализе, главна структура ЗГ06Ц р13Н и4М о након термичке обраде је мартензит са ниским садржајем угљеника + обрнути аустенит. Из анализе металографске структуре, летвасти мартензитни снопови материјала после првог каљења су дебљи и дужи. Након другог каљења, структура матрице се незнатно мења, структура мартензита је такође благо рафинисана, а структура је уједначенија; у погледу перформанси, граница течења и пластичност су побољшани у одређеној мери.
Слика 1 ЗГ06Цр13Ни4Мо нормализација + једна микроструктура за каљење
Слика 2 ЗГ06Цр13Ни4Мо нормализована + металографска структура двоструко каљење
2.2.4 Анализа резултата испитивања
1) Тест је потврдио да ЗГ06Ц р13Н и4М о материјал има добру способност очвршћавања. Кроз нормализацију + термичку обраду, материјал може добити добра механичка својства; граница попуштања и пластична својства (издужење) два отпуштања после нормализоване термичке обраде су много већа него код једног каљења.
2) Анализа испитивања доказује да је структура ЗГ06Ц р13Н и4М о након нормализације мартензитна, а структура након отпуштања нискоугљенична летва каљени мартензит + обрнути аустенит. Обрнути аустенит у каљеној структури има високу термичку стабилност и има значајан утицај на механичка својства, ударна својства и својства процеса ливења и заваривања материјала. Стога, материјал има високу чврстоћу, високу пластичну жилавост, одговарајућу тврдоћу, добру отпорност на пуцање и добра својства ливења и заваривања након топлотне обраде.
3) Анализирати разлоге за побољшање перформанси секундарног каљења ЗГ06Ц р13Н и4М о. Након нормализације, загревања и очувања топлоте, ЗГ06Ц р13Н и4М о формира ситнозрнасти аустенит након аустенитизације, а затим се након брзог хлађења трансформише у мартензит са ниским садржајем угљеника. У првом каљењу, презасићени угљеник у мартензиту се таложи у облику карбида, чиме се смањује чврстоћа материјала и побољшава пластичност и жилавост материјала. Због високе температуре првог каљења, прво каљење производи изузетно фини реверзни аустенит поред каљеног мартензита. Ови реверзни аустенити се делимично трансформишу у мартензит током хлађења темперирања, обезбеђујући услове за нуклеацију и раст стабилног реверзног аустенита који се поново ствара током секундарног процеса каљења. Сврха секундарног каљења је да се добије довољно стабилан реверзни аустенит. Ови реверзни аустенити могу бити подвргнути фазној трансформацији током пластичне деформације, чиме се побољшава чврстоћа и пластичност материјала. Због ограничених услова, немогуће је посматрати и анализирати реверзни аустенит, па би овај експеримент требало да узме механичка својства и микроструктуру као главне објекте истраживања за упоредну анализу.
3 Производна апликација
ЗГ06Ц р13Н и4М о је материјал од ливеног челика високе чврстоће са одличним перформансама. Када се врши стварна производња лопатица, за производњу се користе хемијски састав и захтеви унутрашње контроле утврђени експериментом, као и процес термичке обраде секундарне нормализације + каљења. Процес термичке обраде је приказан на слици 3. Тренутно је завршена производња 10 великих хидроенергетских лопатица, а перформансе су задовољиле све захтеве корисника. Прошли су поновни преглед корисника и добили су добру оцјену.
За карактеристике сложених закривљених лопатица, велике контурне димензије, дебеле главе осовине и лаку деформацију и пуцање, потребно је предузети неке мере процеса у процесу термичке обраде:
1) Глава осовине је окренута надоле, а сечиво нагоре. Шема пуњења пећи је усвојена да би се олакшала минимална деформација, као што је приказано на слици 4;
2) Уверите се да постоји довољно велики размак између одливака и између одливака и доње плоче од гвожђа да би се обезбедило хлађење, и обезбедите да дебела глава осовине испуњава захтеве ултразвучне детекције;
3) Фаза загревања радног комада је сегментирана више пута како би се минимизирао организациони стрес ливења током процеса загревања како би се спречило пуцање.
Примена горе наведених мера топлотне обраде обезбеђује квалитет топлотне обраде сечива.
Слика 3 Процес топлотне обраде сечива ЗГ06Цр13Ни4Мо
Слика 4 Шема пуњења пећи процеса топлотне обраде лопатице
4 Закључци
1) На основу интерне контроле хемијског састава материјала, кроз испитивање процеса термичке обраде, утврђује се да је процес термичке обраде ЗГ06Ц р13Н и4М о материјала од нерђајућег челика високе чврстоће процес термичке обраде од 1. 010 ℃ нормализација + 605 ℃ примарно каљење + 580 ℃ секундарно каљење, што може осигурати да механичка својства, својства удара при ниској температури и својства хладног савијања материјала за ливење испуњавају стандардне захтеве.
2) ЗГ06Ц р13Н и4М о материјал има добру способност очвршћавања. Структура након термичке обраде нормализације + двоструко каљење је мартензит са ниским садржајем угљеника + реверзни аустенит са добрим перформансама, који има високу чврстоћу, високу пластичну жилавост, одговарајућу тврдоћу, добру отпорност на пукотине и добре перформансе ливења и заваривања.
3) Шема термичке обраде нормализације + двоструко каљење одређена експериментом се примењује на процес термичке обраде производње великих сечива, а својства материјала задовољавају стандардне захтеве корисника.
Време поста: 28.06.2024
