Anotācija: Tika pētīta dažādu termiskās apstrādes procesu ietekme uz ZG06Cr13Ni4Mo materiāla veiktspēju. Pārbaude parāda, ka pēc termiskās apstrādes pie 1 010 ℃ normalizēšanas + 605 ℃ primārās rūdīšanas + 580 ℃ sekundārās rūdīšanas materiāls sasniedz vislabāko veiktspējas indeksu. Tā struktūra ir martensīts ar zemu oglekļa saturu + reversās transformācijas austenīts ar augstu izturību, stingrību zemā temperatūrā un piemērotu cietību. Tas atbilst produkta veiktspējas prasībām lielu asmeņu liešanas termiskās apstrādes ražošanā.
Atslēgvārdi: ZG06Cr13NI4Mo; martensīta nerūsējošais tērauds; asmens
Lielie lāpstiņas ir galvenās hidroenerģijas turbīnu daļas. Detaļu ekspluatācijas apstākļi ir salīdzinoši skarbi, un tās ilgstoši tiek pakļautas augstspiediena ūdens plūsmas ietekmei, nodilumam un erozijai. Materiāls ir izvēlēts no ZG06Cr13Ni4Mo martensīta nerūsējošā tērauda ar labām visaptverošām mehāniskajām īpašībām un izturību pret koroziju. Attīstoties hidroenerģijai un ar tiem saistītajiem lējumiem liela mēroga virzienā, tiek izvirzītas augstākas prasības nerūsējošā tērauda materiālu, piemēram, ZG06Cr13Ni4Mo, veiktspējai. Šim nolūkam apvienojumā ar sadzīves hidroenerģijas iekārtu uzņēmuma ZG06C r13N i4M o lielo lāpstiņu ražošanas izmēģinājumu, izmantojot materiāla ķīmiskā sastāva iekšējo kontroli, termiskās apstrādes procesa salīdzināšanas testu un testa rezultātu analīzi, optimizēta viena normalizēšana + dubultā rūdīšana. ZG06C r13N i4M o nerūsējošā tērauda materiāla apstrādes process tika noteikts, lai ražotu lējumus, kas atbilst augstām veiktspējas prasībām.
1 Ķīmiskā sastāva iekšējā kontrole
ZG06C r13N i4M o materiāls ir augstas stiprības martensīta nerūsējošais tērauds, kuram ir jābūt augstām mehāniskajām īpašībām un laba zemas temperatūras triecienizturība. Lai uzlabotu materiāla veiktspēju, ķīmiskais sastāvs tika iekšēji kontrolēts, pieprasot w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08%, un tika kontrolēts gāzes saturs. 1. tabulā ir parādīts materiāla iekšējās kontroles ķīmiskā sastāva diapazons un parauga ķīmiskā sastāva analīzes rezultāti, bet 2. tabulā parādītas materiāla gāzes satura iekšējās kontroles prasības un parauga gāzes satura analīzes rezultāti.
1. tabula Ķīmiskais sastāvs (masas daļa, %)
| elements | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standarta prasība | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Sastāvdaļas Iekšējā kontrole | ≤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 |
| Analizējiet rezultātus | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
2. tabula Gāzu saturs (ppm)
| gāze | H | O | N |
| Iekšējās kontroles prasības | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analizējiet rezultātus | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
Materiāls ZG06C r13N i4M o tika kausēts 30 t elektriskajā krāsnī, rafinēts 25T LF krāsnī leģēšanai, sastāva un temperatūras regulēšanai, kā arī dekarbonizēts un degazēts 25T VOD krāsnī, tādējādi iegūstot kausētu tēraudu ar īpaši zemu oglekļa saturu, vienmērīgs sastāvs, augsta tīrības pakāpe un zems kaitīgo gāzu saturs. Visbeidzot, alumīnija stieple tika izmantota galīgajai deoksidācijai, lai samazinātu skābekļa saturu izkausētajā tēraudā un vēl vairāk attīrītu graudus.
2 Termiskās apstrādes procesa pārbaude
2.1 Pārbaudes plāns
Kā testa korpuss tika izmantots liešanas korpuss, testa bloka izmērs bija 70 mm × 70 mm × 230 mm, un sākotnējā termiskā apstrāde bija mīkstinoša atkausēšana. Iepazīstoties ar literatūru, tika izvēlēti termiskās apstrādes procesa parametri: normalizēšanas temperatūra 1 010 ℃, primārās rūdīšanas temperatūra 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, sekundārā rūdīšanas temperatūra 580 ℃, un salīdzinošajiem testiem tika izmantoti dažādi rūdīšanas procesi. Pārbaudes plāns ir parādīts 3. tabulā.
3. tabula Termiskās apstrādes pārbaudes plāns
| Izmēģinājuma plāns | Termiskās apstrādes pārbaudes process | Pilotprojekti |
| A1 | 1 010 ℃ Normalizēšana + 620 ℃ Rūdīšana | Stiepes īpašības Triecienizturība Cietība HB Liekšanas īpašības Mikrostruktūra |
| A2 | 1 010 ℃ Normalizēšana + 620 ℃ Rūdīšana + 580 ℃ Rūdīšana | |
| B1 | 1 010 ℃ Normalizēšana + 620 ℃ Rūdīšana | |
| B2 | 1 010 ℃ Normalizēšana + 620 ℃ Rūdīšana + 580 ℃ Rūdīšana | |
| C1 | 1 010 ℃ Normalizēšana + 620 ℃ Rūdīšana | |
| C2 | 1 010 ℃ Normalizēšana + 620 ℃ Rūdīšana + 580 ℃ Rūdīšana |
2.2. Testa rezultātu analīze
2.2.1. Ķīmiskā sastāva analīze
No ķīmiskā sastāva un gāzes satura analīzes rezultātiem 1. un 2. tabulā, galvenie elementi un gāzes saturs atbilst optimizētajam sastāva kontroles diapazonam.
2.2.2. Veiktspējas pārbaudes rezultātu analīze
Pēc termiskās apstrādes pēc dažādām testēšanas shēmām tika veikti mehānisko īpašību salīdzināšanas testi atbilstoši GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 un GB/T231.1-2009 standartiem. Eksperimenta rezultāti ir parādīti 4. un 5. tabulā.
4. tabula Dažādu termiskās apstrādes procesu shēmu mehānisko īpašību analīze
| Izmēģinājuma plāns | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | Cietības vērtība HBW |
| standarta | ≥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 |
5. tabula Liekšanas tests
| Izmēģinājuma plāns | Liekšanas tests (d=25，a=90°) | novērtējums |
| B1 | Plaisa 5,2 × 1,2 mm | Neveiksme |
| B2 | Nav plaisu | kvalificēts |
No mehānisko īpašību salīdzināšanas un analīzes: (1) Normalizējot + rūdīšanas termiskā apstrāde, materiāls var iegūt labākas mehāniskās īpašības, kas liecina, ka materiālam ir laba cietība. (2) Pēc termiskās apstrādes normalizēšanas uzlabojas dubultās rūdīšanas tecēšanas robeža un plastiskums (pagarinājums), salīdzinot ar vienreizējo rūdīšanu. (3) No lieces veiktspējas pārbaudes un analīzes izriet, ka B1 normalizēšanas + viena rūdīšanas testa procesa lieces veiktspēja nav kvalificēta, un B2 testa procesa lieces testa veiktspēja pēc dubultās rūdīšanas ir kvalificēta. (4) Salīdzinot 6 dažādu rūdīšanas temperatūru testa rezultātus, B2 procesa shēmai 1 010 ℃ normalizēšanai + 605 ℃ vienai rūdīšanai + 580 ℃ sekundārai rūdīšanai ir vislabākās mehāniskās īpašības ar tecēšanas robežu 687 MPa un pagarinājumu. 23%, triecienizturība ir lielāka par 160J pie 0 ℃, mērena cietība 268HB un kvalificēta lieces veiktspēja, kas atbilst materiāla veiktspējas prasībām.
2.2.3. Metalogrāfiskās struktūras analīze
Materiāla B1 un B2 testēšanas procesu metalogrāfiskā struktūra tika analizēta saskaņā ar GB/T13298-1991 standartu. 1. attēlā parādīta normalizācijas + 605 ℃ pirmās rūdīšanas metalogrāfiskā struktūra, un 2. attēlā parādīta normalizācijas + pirmās rūdīšanas + otrās rūdīšanas metalogrāfiskā struktūra. Pēc metalogrāfiskās pārbaudes un analīzes ZG06C r13N i4M o galvenā struktūra pēc termiskās apstrādes ir zema oglekļa satura martensīts + apgrieztais austenīts. Pēc metalogrāfiskās struktūras analīzes materiāla martensīta līstes kūļi pēc pirmās rūdīšanas ir biezāki un garāki. Pēc otrās rūdīšanas matricas struktūra nedaudz mainās, arī martensīta struktūra ir nedaudz pilnveidota, un struktūra ir viendabīgāka; attiecībā uz veiktspēju zināmā mērā ir uzlabota tecēšanas robeža un plastiskums.
1. attēls ZG06Cr13Ni4Mo normalizēšana + viena rūdīšanas mikrostruktūra
2. attēls ZG06Cr13Ni4Mo normalizācijas + divreiz rūdīšanas metalogrāfiskā struktūra
2.2.4. Testa rezultātu analīze
1) Pārbaude apstiprināja, ka ZG06C r13N i4M o materiālam ir laba cietība. Normalizējot + atlaidinot termisko apstrādi, materiāls var iegūt labas mehāniskās īpašības; divu rūdījumu tecēšanas robeža un plastiskās īpašības (izstiepums) pēc termiskās apstrādes normalizēšanas ir daudz augstākas nekā vienai rūdīšanai.
2) Testa analīze pierāda, ka ZG06C r13N i4M o struktūra pēc normalizācijas ir martensīts, un struktūra pēc rūdīšanas ir ar zemu oglekļa saturu rūdīts martensīts + apgrieztais austenīts. Apgrieztajam austenītam rūdītajā struktūrā ir augsta termiskā stabilitāte, un tas būtiski ietekmē materiāla mehāniskās īpašības, trieciena īpašības un liešanas un metināšanas procesa īpašības. Tāpēc materiālam ir augsta izturība, augsta plastmasas stingrība, atbilstoša cietība, laba izturība pret plaisām un labas liešanas un metināšanas īpašības pēc termiskās apstrādes.
3) Analizēt iemeslus ZG06C r13N i4M o sekundārās rūdīšanas veiktspējas uzlabošanai. Pēc normalizēšanas, karsēšanas un siltuma saglabāšanas ZG06C r13N i4M o pēc austenitizācijas veido smalkgraudainu austenītu un pēc ātras dzesēšanas pārvēršas par martensītu ar zemu oglekļa saturu. Pirmajā rūdīšanas reizē pārpiesātinātais ogleklis martensītā izgulsnējas karbīdu veidā, tādējādi samazinot materiāla izturību un uzlabojot materiāla plastiskumu un stingrību. Pirmās rūdīšanas augstās temperatūras dēļ pirmajā rūdīšanā papildus rūdītajam martensītam tiek iegūts ārkārtīgi smalks reversais austenīts. Šie reversie austenīti rūdīšanas dzesēšanas laikā daļēji tiek pārveidoti par martensītu, nodrošinot apstākļus stabila reversā austenīta kodolu veidošanai un augšanai, kas atkal rodas sekundārā rūdīšanas procesā. Sekundārās rūdīšanas mērķis ir iegūt pietiekami stabilu reverso austenītu. Šie reversie austenīti var tikt pakļauti fāzes transformācijai plastiskās deformācijas laikā, tādējādi uzlabojot materiāla izturību un plastiskumu. Ierobežotu apstākļu dēļ reverso austenītu nav iespējams novērot un analizēt, tāpēc šajā eksperimentā kā galvenie salīdzinošās analīzes pētījuma objekti jāņem mehāniskās īpašības un mikrostruktūra.
3 Ražošanas pieteikums
ZG06C r13N i4M o ir augstas stiprības nerūsējošā tērauda lietais materiāls ar izcilu veiktspēju. Kad tiek veikta faktiskā asmeņu ražošana, ražošanā tiek izmantots eksperimentā noteiktais ķīmiskais sastāvs un iekšējās kontroles prasības, kā arī sekundārās normalizācijas + rūdīšanas termiskās apstrādes process. Termiskās apstrādes process ir parādīts 3. attēlā. Šobrīd ir pabeigta 10 lielu hidroelektrostaciju lāpstiņu ražošana, un visas darbības atbilst lietotāja prasībām. Tie ir izturējuši atkārtotu lietotāja pārbaudi un saņēmuši labu novērtējumu.
Sarežģītu izliektu asmeņu īpašībām, lieliem kontūru izmēriem, biezām vārpstas galviņām un vieglai deformācijai un plaisāšanai termiskās apstrādes procesā ir jāveic daži procesa pasākumi:
1) Vārpstas galva ir vērsta uz leju, bet asmens ir uz augšu. Krāsns iekraušanas shēma ir pieņemta, lai veicinātu minimālu deformāciju, kā parādīts 4. attēlā;
2) Nodrošiniet, lai starp lējumiem un starp lējumiem un spilventiņu dzelzs apakšējo plāksni būtu pietiekami liela atstarpe, lai nodrošinātu dzesēšanu, un pārliecinieties, ka biezā vārpstas galva atbilst ultraskaņas noteikšanas prasībām;
3) Apstrādājamās detaļas sildīšanas stadija tiek segmentēta vairākas reizes, lai samazinātu liešanas organizatorisko stresu sildīšanas procesā un novērstu plaisāšanu.
Iepriekš minēto termiskās apstrādes pasākumu īstenošana nodrošina asmens termiskās apstrādes kvalitāti.
3. attēls ZG06Cr13Ni4Mo asmens termiskās apstrādes process
4. attēls Lāpstiņu termiskās apstrādes procesa krāsns iekraušanas shēma
4 Secinājumi
1) Pamatojoties uz materiāla ķīmiskā sastāva iekšējo kontroli, veicot termiskās apstrādes procesa pārbaudi, tiek noteikts, ka ZG06C r13N i4M o augstas stiprības nerūsējošā tērauda materiāla termiskās apstrādes process ir termiskās apstrādes process 1 010 ℃ normalizēšana + 605 ℃ primārā rūdīšana + 580 ℃ sekundārā rūdīšana, kas var nodrošināt, ka liešanas materiāla mehāniskās īpašības, zemas temperatūras trieciena īpašības un aukstās lieces īpašības atbilst standarta prasībām.
2) ZG06C r13N i4M o materiālam ir laba rūdāmība. Struktūra pēc normalizācijas + divkāršas rūdīšanas termiskās apstrādes ir zema oglekļa satura martensīts + reversais austenīts ar labu veiktspēju, kam ir augsta izturība, augsta plastmasas stingrība, atbilstoša cietība, laba izturība pret plaisām un laba liešanas un metināšanas veiktspēja.
3) Eksperimentā noteiktā normalizācijas + divkāršās rūdīšanas termiskās apstrādes shēma tiek piemērota lielu asmeņu termiskās apstrādes procesam, un visas materiāla īpašības atbilst lietotāja standarta prasībām.
Izlikšanas laiks: 28. jūnijs 2024
