Технические науки/1. Металлургия

Д.т.н. Жигуц Ю.Ю., д.т.н. Чернега Д.Ф., Товт Д.Е.

ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Україна

ВПЛИВ ЛЕГУВАННЯ НІКЕЛЕМ ВЛАСТИВОСТІ ТЕРМІТНИХ СТАЛЕЙ

Вступ. Термітні сталі леговані нікелем знаходяться все більше поширення у різних галузях промисловості насамперед у зв'язку із особливими властивостями, а саме високою корозійною стійкістю, окалиностійкістю, задовільною міцністю, пластичністю, підвищеними механічними властивостями при високих температурах та задовільною зварюваністю.

У поєднанні із перевагами металотермічного методу синтезу цих сталей, з’являються значні перспективи використання високоперегрітого розплаву у технологіях термітного синтезу.

Синтез литих сплавів металотермічними методами можна проводити при відсутності потужних джерел електроенергії, складного обладнання для традиційного плавлення сплаву та його заливки, без застосування вакуумних пристроїв для проведення процесу синтезу, забезпечуючи високу продуктивність та швидкість технологічного циклу [1-4]. У найпростішому варіанті металотермією синтезують сплав у футерованому ливарному ковші.

Не в останню чергу звертають увагу на металотермічні методи і тому, що вони надають можливість використовувати відходи термічного, ливарного та металорізального виробництв (залізну окалину, мливо алюмінієвої стружки, відсів лігатур, пил з повітряних фільтрів у ливарних цехах, мливо недопалених частин графітових електродів та ін.). Важливо відмітити, що термітний сплав може використовуватися не тільки для отримання виливків, але і для проведення термітного зварювання, виконання екстрених ремонтних робіт тощо [1-4]. Таким чином, термітні хромонікелеві сталі викликають інтерес для дослідження не тільки з наукової точки зору, але для практичного їх використання у виробничих умовах.

Мета роботи. Встановити вплив легування нікелем та хромом на структуру та властивості термітної хромонікелевої сталі.

Завдання роботи. Комплекс завдань для досягнення мети роботи складається з дослідження механічних властивостей термітного сплаву та виявлення впливу хімічного складу термітного сплаву на механічні властивості.

Експериментальні дослідження. Аналіз літературних та експериментальних даних [1-6] показав, що ефективність впливу легуючого елементу нікелю суттєво залежить від вмісту хрому у термітній сталі. Характерним є те, що якщо до термітної сталі з вмістом 10-14% хрому додати 2-4% Ni – отримується мартенситна структура і, як наслідок, зменшується критична швидкість охолодження сталі та збільшується її схильність до гартування. Із збільшенням вмісту Ni в термітній сталі відмічено зменшення схильності її до гартування разом із зменшенням інтенсивності мартенситних перетворень. Збільшення ж вмісту Ni до 10-13% призводить до утворення у структурі термітної сталі стійкого аустеніту. Встановлено, що при вмісті Cr у термітних сталях більше ніж 13% (наприклад в термітних аналогах промислових сталей Х19, Х22Т, Х27, Х28) незначний вміст Ni дозволяє отримати аустенітно-феритну структуру.

Збільшення вмісту вуглецю у термітних сталях надає їм більшої міцності (σ_в) та умовної границі текучості при допуску на пластичну деформацію 0,2% (σ_0,2), що показано на рис. 1. Одночасно із збільшенням вмісту вуглецю у термітних сталях зростає твердість та зменшується ударна в'язкість а_н.

Збільшення на 10,5% твердості та на 12,3% ударної в’язкості, очевидно, пов’язано із технологією отримання термітного сплаву і додатковим його дорозкисленням алюмінієм, що входить у склад металотермічної суміші. На підтвердження цього у термітній сталі виявлено сліди алюмінію у кількості 0,001…0,002% за масою. Наступна термічна обробка у вигляді нормалізації з нагрівом до 1100^оС і охолодженням на повітрі стабілізує однорідний аустеніт і надає додаткової пластичності термітній сталі та високої корозійної стійкості.

Рис. 1. Залежність міцності (σ_в) та границі текучості при допуску на пластичну деформацію 0,2% (σ_0,2) від вмісту вуглецю у термітній сталі

У подальшому результатом дослідження стало встановлення впливу нікелю та хрому на положення мартенситної точки у термітній сталі. По мірі зростання вмісту нікелю у термітній сталі температура мартенситної точки, як і очікувалося, зменшується. Збільшення вмісту Cr так само призводить до суттєвого зменшення точки початку мартенситного перетворення.

Для термітних сталей – аналогів промислових сталей Х17Н13М2Т та Х17Н13М3Т виявлено, що молібден сприяє збільшенню кількості феритної фази, та незважаючи на це термітні сталі леговані молібденом більше ніж хромонікелеві сталі схильні до окрихчування, особливо при нагріві до температур 650-750^оС в результаті утворення у структурі σ-фази.

Зменшення вмісту вуглецю у термітній сталі типу Х18Н10 надає сталі більшої корозійної стійкості, сприяючи зростанню опору міжкристалічній корозії в результаті усунення з структури карбідних і карбонітридних сполук, збільшує пластичність та покращує зварюваність. Це особливо важливо при виготовленні деталей хімічної апаратури, що працюють у важких та особливо важких умовах.

Висновки. 1. Розроблено технології синтезу термітних хромонікелевих сталей. 2. Встановлені механічні властивості вказаних марок сталей та вплив на них температури вказують на те, що досліджені термітні сталі можуть успішно заміняти промислові марки. 3. Встановлено залежність міцності (σ_в) та границі текучості при допуску на пластичну деформацію 0,2% (σ_0,2) від вмісту вуглецю у термітній сталі. 4. Виявлено вплив Ni на властивості термітних хромонікелевих сталей.

Література:

1. Жигуц, Ю. Ю. Сплави, синтезовані металотермією і СВС-процесами [Текст] / Ю. Ю. Жигуц. — Ужгород : Ґражда, 2008. — 276 с.

2. Жигуц, Ю. Ю. Методика розрахунку складу екзотермічних шихт на основі термохімічного аналізу [Текст] / Ю. Жигуц, В. Широков // Машинознавство. — 2005. — № 4. — С. 48-50.

3. Жигуц, Ю. Ю. Синтез термітних кавітаційностійких сталей [Текст] / Ю. Ю. Жигуц // Восточно-европейский журнал передовых технологий. Прикладная физика и материаловедение. — 2013. — №1/5 (61). — С. 4-6.

4. Жигуц, Ю. Ресурсозберігаюча технологія термітного зварювання сталевих деталей [Текст] / Ю. Жигуц, В. Лазар // Вісник ТДТУ. — 2009. — Т. 14, № 4. — С. 94-98.

5. Жигуц, Ю. Металотермічний реактор [Текст] : пат. 20045 Україна: МПК В22С9/00 / Жигуц Ю. Ю., Скиба Ю. Ю., Крайняй І. І. ; заявник і патентовласник Ужгородский національний університет. — № u200606530. заяв. 13.06.06; опубл. 15.01.07, Бюл. №1. — 6 с.

6. Жигуц, Ю. Ю. Технологія синтезу термітних жароміцних сталей з карбідним зміцненням / Ю. Ю. Жигуц, Д. Ф. Чернега, В. В. Широков, В. Ю. Талабірчук // Вісник національного університету „Львівська політехніка”. Серія: Оптимізація виробничих процесів і технічний контроль у машинобудуванні та приладобудуванні. — 2013. — № 772. — С. 21-26.