Технические науки/1. Металлургия

Жигуц Ю.Ю., Фірко М.Ю.

ДВНЗ «Ужгородський національний університет», Україна

СИНТЕЗ ТЕРМІТНОЇ ХРОМОНІКЕЛЕВОЇ СТАЛІ Х18Н9Т

Вступ. Термітна сталь Х18Н9Т отримує все більше застосування у зв’язку з тим, що для її виготовлення використовується металотермічний спосіб виготовлення, а самій синтезованій сталі притаманний цілий комплекс особливих, відсутніх у інших матеріалах, властивостей. Значні перспективі її використання полягають і у тому, що ця сталь відноситься до сталей з аустенітною структурою і успішно може заміняти сталі Х14Г14Н3Т, 2Х18Н9.

Поєднання металотермічного методу синтезу і специфічних характеристик синтезованої сталі відкриває нові можливості для отримання деталей литвом і використанням високоперегрітого сплаву для їх ремонту і відновлення. Крім цього металотермічні методи мають цілий ряд преваг – високу продуктивність процесу, зручність й універсальність оснащення, відсутність потреби у джерелах електроенергії та можливість її застосування при терміновому отримуванні сплаву. Суттєві переваги термітного способу синтезу і зараз викликають до матеріалів синтезованих цією технологією цілком заслужений інтерес [1-5].

Мета роботи. Встановити можливості виготовлення термітної сталі Х18Н9Т та виявити особливості її структури, фізичні, механічні, технологічні і службові властивості.

Експериментальні дослідження. Встановлено хімічний склад термітної сталі Х18Н9Т (у % за масою): С – 0,12, Si – 0,9; Mn – 1,5…1,7, Cr – 17,5…18,5, Ni – 8,7…9,5, Ті – 0,4…0,6, S – 0,02, P – 0,035, який відповідав промисловій сталі.

В результаті експериментальних досліджень встановлено, що як і для сталей отриманих традиційними технологіями марганець і нікель розширяють для термітної сталі аустенітну область, знижуючи температуру утворення аустеніту. Для стабілізації термітних сталей і утвореного у структурі аустеніту використовували нікель, а для усунення старіння термітної сталі і зменшення карбідів – 0,4…0,6% титану. На початку експериментальних досліджень встановлювали вплив основних легуючих елементів на положення фазових областей термітної сталі.

Результати дослідження фізичних і механічних властивостей хромомарганцевонікелевої термітної сталі Х18Н9Т показано в табл. 1 і 2. При порівнянні механічних властивостей термітної і промислової сталей помічено збільшення її міцності, пластичності і ударної в’язкості. Очевидно, що це пов’язано із до розкислення сплаву алюмінієм, що входить у склад металотермічної шихти і роздрібненням структури сталі. Виявлено у центральній частини термітного зливка 5-6, а на відстані 3-5 мм від поверхні 6-7 бал зерна. У структурі сталі виявлено незначний вміст карбідів 2-3% за об’ємом, тип карбідів – комплексний.

Таблиця 1

Фізичні властивості термітної сталі Х18Н9Т

Густина, γ, кг/м³, х10³	Окалиностійкість, ^0С	Коефіцієнт теплового розширення, α·10^-6, ^0С					λ, кал/см·с·^0С	ρ, Ом·мм^2/м	Е, кг/мм^2	µ, Гс/Е
		20-100	100-200	200-300	300-400	400-500
7,9	710	16,2	16,9	17,6	20,8	20,9	0,038	0,78	19900	1,05

Таблиця 2

Механічні властивості термітної сталі Х18Н9Т

σв	σ0,2	δ5	ψ	НВ	ан, МПа
МПа		%
630	210	390	45	210	0,10

Продовження досліджень було направлено на встановлення впливу температури на механічні властивості термітної сталі. Температурний інтервал встановленого впливу знаходився у межах від -196 до 1100⁰С. При цьому вдалося виявити зростання σ_в і σ_0,2 при низьких температурах, що може бути пояснено руйнуванням матеріалу за відомою схемою А.Ф.Йоффе [6]. При збільшенні температури випробування з 100 до 1100⁰С спостерігалося плавне зменшення міцності досліджуваної термітної сталі. Одночасно виявлено, що ударна в’язкість сталі суттєво зменшується в інтервалі температур 100-1100⁰С (майже в 2 рази) і складає 0,2 МДж/м², а в інтервалі температур від -196 до 20 ⁰С – 0,1 МДж/м² (випробування виконували за KCU).

Аналіз встановлених величин відносної пластичності (δ) і відносного зменшення перерізу (ψ) зразків з термітної сталі дозволяє виявити такі залежності. При зміні температури від -60 до 1000 ⁰С значення ψ змінюється від 62 до 74%, в той же час в інтервалі температур 1000…1100 ⁰С ця зміна ψ складає від 74 до 85%. Значення ж δ спочатку послідовно збільшується до 50% при -60 ⁰С, надалі зменшується до свого мінімального значення 41% при 550 ⁰С і у подальшому росте до 53% при 850 ⁰С. При збільшення температури і надалі δ послідовно зменшується.

Таким чином особливістю термітної сталі Х18Н9Т є стабільна аустенітна структура з незначним вмістом карбідів до 2-3% за об’ємом та комплексом задовільних механічних властивостей, які міняються за встановленими у роботі залежностями.

Висновки. 1. Встановлено, що металотермічні методи синтезу матеріалу цілком придатні для синтезу хомомарганцевонікелевої сталі Х18Н9Т. 2. Розроблено склади екзотермічних шихт для синтезу вказаної сталі. 3. Встановлено хімічний склад синтезованої сталі, її структура, фізичні, механічні та службові властивості, а саме границя міцності, відносна пластичність, відносне зменшення перерізу, ударна в’язкість та ін. 4. Виявлені залежності σ_в, σ_0,2, а_н, ψ, δ від температури.

Література:

1. Жигуц Ю. Ю. Сплави, синтезовані металотермією і СВС-процесами (монографія) / Жигуц Ю. Ю. − Ужгород: Ґражда. − 2008. − 276 с.

2. Жигуц Ю. Ресурсозберігаюча технологія термітного зварювання сталевих деталей / Жигуц Ю., Лазар В. Вісник ТДТУ. − 2009. − Том 14. − № 4. − С. 94-98.

3. Жигуц Ю. Ю. Синтез и свойства литых карбидных сплавов / Жигуц Ю. Ю. Металловедение и термическая обработка металлов. − М.: МИТОМ. − №3, − 2009. − C. 26-29.

4. Жигуц Ю. Ю. Синтез термітних суднобудівних сталей / Жигуц Ю. Ю., Чернега Д. Ф., Левдар Е. Е. // Materiály VII mezіnárodni védecko-praktická konf. “Vĕdecky pokrok na prelomu tysyachalety”. − Dil 15. Technické vĕdy. − Praha: Publishing House “Education and Science” s.r.o. 2011. − C. 43-45.

5. Жигуц Ю. Ю. Технологія отримання термітних жароміцних сплавів на нікелевій основі / Жигуц Ю. Ю., Чернега Д. Ф., Лазар В. Ф. //Науковий вісник Мукачівського державного університету. Журнал наукових праць. № 12 (7). Мукачево. 2012. − С. 5–12.

6. 3олоторевский В. С. Механические свойства металлов / 3олоторевский В. С. − М.: Металлургия, 1983. − 352 с.