авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Закономерности формирования зерна аустенита и их применение для повышения структурной однородности и качества пружинной проволоки

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Чеэрова Маргарита Николаевна

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЗЕРНА АУСТЕНИТА И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ОДНОРОДНОСТИ И КАЧЕСТВА ПРУЖИННОЙ ПРОВОЛОКИ

Специальность 05.16.01 – Металловедение и термическая обработка металлов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Нижний Новгород - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е.Алексеева»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Комарова Татьяна Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Васильев Виктор Александрович

кандидат технических наук

Кутяйкин Василий Георгиевич

Ведущая организация: ОАО «Нижегородский машиностроительный завод»

Защита диссертации состоится 26 декабря 2008 года в _____ час

на заседании диссертационного совета Д 212.165.07 НГТУ по адресу:
603100, Н.Новгород, ГСП 41, ул. Минина 24, корп. 1, ауд.258

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НГТУ им. Р.Е.Алексеева

Автореферат разослан «___» ноября 2008 года

Ученый секретарь диссертационного cовета,

доктор технических наук, профессор Ульянов В.А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Переход к рыночной экономике и ожидаемое вступление России в ВТО способствует развитию жесткой конкуренции среди машиностроительных предприятий как на внутреннем, так и на внешнем рынке. В создавшихся условиях решающую роль играет качество выпускаемой металлопродукции.

В современном машиностроении широко используются упругие элементы, изготавливаемые из пружинной термически обработанной (т/о) проволоки. Качество этого вида продукции характеризуется:

  • уровнем стандартных механических свойств, к которым относятся: временное сопротивление разрыву (в), число перегибов на 180° (n) и скручиваний на 360° (k) с нормами по ГОСТ 1071;
  • равномерностью свойств по длине мотка.

Однако т/о проволока, производимая на отечественных предприятиях, во многих случаях имеет пониженный уровень тех или иных механических характеристик и отличается неравномерностью свойств.

Среди возможных видов неравномерности (в партии одновременно обработанных мотков, а также на одном мотке – по его концам) особое место занимает локальная неравномерность свойств (ЛНС), заключающаяся в разбросе механических характеристик (в наибольшей мере – числа кручений) на соседних образцах небольшой длины, отобранных от мотка подряд. В отличие от первых двух видов неравномерности, оцениваемых по стандарту, ЛНС – по сути дела, скрытый дефект проволоки, который при приемочных испытаниях (на 1-3 образцах с каждого конца мотка) не выявляется. Однако это явление объективное, характерное для проволоки разных марок сталей, размеров и различных производителей (в том числе, и для высококачественной шведской проволоки). Его наличие делает результаты механических испытаний при окончательной приемке продукции и при повторных испытаниях, допускаемых стандартом, непоказательными, поскольку они определяются состоянием того локального участка проволоки, от которого отобраны образцы, и не характеризуют весь моток в целом. Нестабильность механических характеристик проволоки по длине мотка обусловливает негарантированность свойств изготовленной из него партии пружин, что особенно недопустимо для продукции ответственного назначения – такой, как пружины тормозов, клапана ДВС и т.п.





При решении данной проблемы необходимо учитывать, что особенностью проволочного производства является чередование холодной пластической деформации (ХПД) и термообработок (предварительной, промежуточной и окончательной), их сочетание позволяет достичь требуемого комплекса свойств за счет формирования при волочении особой дислокационной субструктуры, которая должна сохраняться и при окончательной термообработке (ОТО) проволоки (закалке с отпуском), что требует ускоренного нагрева с кратковременными выдержками.

Изучение состояния вопроса показало, что возможными причинами локальной неравномерности свойств т/о проволоки могут быть:

  • внутренняя дефектность, накапливаемая при волочении;
  • структурная неоднородность, формирующаяся при ОТО и определяемая состоянием зерна аустенита, образование которого осложняется протекающими при нагреве холоднодеформированных (х/д) сталей процессами рекристаллизации, гомогенизации и аннигиляцией дислокаций.

При оптимальных технологических схемах, обеспечивающих уменьшение поврежденности проволоки при волочении, основным фактором, формирующим окончательную структуру и свойства пружинной т/о проволоки, является состояние зерна аустенита.

Вопросы образования аустенита и кинетики роста его зерна под воздействием разных факторов рассмотрены в ряде работ: Садовского В.Д., Гуляева А.П., Дьяченко С.С., Бернштейна М.Л., Малышева В.А. и др. авторов. Однако закономерности формирования зеренных характеристик в предварительно холоднодеформированных сталях при нагреве с повышенной скоростью (150-200°С/мин) и кратковременных выдержках, свойственных проволочно-пружинному производству, изучены недостаточно. Принято считать, что требуемые показатели механических свойств во многом обеспечиваются получением для клапанной проволоки мелкоигольчатого мартенсита (балл 2), для проволоки другого назначения - среднеигольчатого (балл 5) и, соответственно, мелкого зерна аустенита при нагреве под закалку. Однако для проволоки, в силу кратковременности выдержек при аустенитизации, состояние аустенита определяется не только и не столько величиной его зерна (Dусл), но и такими параметрами, как разнозернистость (R), степень негомогенности по химсоставу (N) и плотность дислокаций (). Эти характеристики, в свою очередь, зависят от ряда технологических факторов, важнейшими из которых для пружинной проволоки являются температура и кратковременные выдержки при аустенитизации, степень предварительной холодной деформации (ПХПД) и исходная структура заготовки под волочение. Изучение влияния исходной структуры на формирование зерна аустенита при ОТО приобретает важное значение в связи с тем, что в процессе изготовления проволоки используются различные операции предварительной и промежуточной термообработки (отжиг на зернистый перлит, нормализация, патентирование на троостит и нижний бейнит), при проведении которых образуются структуры, сформированные по разным механизмам (диффузионному, промежуточному, сдвиговому), а при последующей ХПД с различной степенью деформации – субструктура разного типа.

В связи с вышеизложенным исследование закономерностей аустенитообразования, изменения зеренных характеристик в результате совместного воздействия ХПД и ТО при ускоренном нагреве, применение комплексного подхода для оценки влияния параметров зерна аустенита на уровень и равномерность свойств в пружинной термически обработанной проволоке является актуальным и имеет научный и практический интерес.

Цель работы. Изучение закономерностей формирования и роста зерна аустенита в пружинных сталях при комплексном воздействии ПХПД и ТО, установление связи полученных зависимостей изменения зеренных характеристик от технологических факторов с уровнем и разбросом механических свойств проволоки, разработка на этой основе принципов повышения структурной однородности и уменьшения эффекта локальной неравномерности свойств.

Научная новизна.

  1. Изучено явление локальной неравномерности свойств (ЛНС). Установлены два ее источника (внутренняя дефектность, накапливаемая при волочении, и структурная неоднородность, формирующаяся при ОТО), а также факторы, влияющие на степень их развития. Оценен вклад каждого источника ЛНС в общий разброс механических свойств.
  2. Получены зависимости изменения характеристик действительного зерна аустенита (Dусл, R, N, ) от исходной структуры, степени ПХПД и температуры аустенитизации при ускоренном нагреве с кратковременными выдержками, характерными для проволочно-пружинного производства.
  3. Показано, что в пружинных сталях с различной исходной (в том числе, перлитной) структурой процесс формирования зерна аустенита всегда сопровождается рекристаллизацией, имеющей место как в деформированном, так и в недеформированном состоянии и осложняемой одновременно протекающими процессами гомогенизации. В недеформированной стали рекристаллизация аустенита при разной исходной структуре может протекать практически одновременно с фазовым превращением или отделяться от него температурным интервалом.
  4. Установлено, что развитие процессов рекристаллизации в аустените предварительно холоднодеформированных сталей обусловлено устойчивостью субструктуры, сформировавшейся в феррите к началу фазового превращения и наследуемой аустенитом. Определены условия формирования стабильной дислокационной субструктуры при волочении с разными обжатиями и последующем ускоренном нагреве в сталях с различным исходным структурным состоянием.
  5. Для разных исходных структур выявлены следующие температурные интервалы в аустенитной области: I – устойчивости дислокационной субструктуры, наследуемой аустенитом, II - интенсивного развития процессов аннигиляции дислокаций и рекристаллизации.
  6. Установлены причины развития разнозернистости и классифицированы ее виды в термообработанной проволоке.

Практическая значимость работы.

  1. Для исследованных марок сталей установлены температурные, временные пороги роста зерна и образования разнозернистости, а также интервалы измельчения зерна – данные, необходимые для разработки режимов ТО проволоки.
  2. Определены температурные интервалы устойчивости субструктуры, сформировавшейся при ХПД и докритическом нагреве и наследуемой аустенитом, превышение верхней границы которых при нагреве проволоки под закалку, снижает комплекс ее механических свойств.
  3. Разработаны математические модели зависимости размера зерна от температуры и межпластинчатого расстояния () в исходной структуре перлита, которые целесообразно использовать для прогнозирования размера зерна аустенита и оперативного управления процессом аустенитизации.
  4. Установлена связь между механическими, эксплуатационными свойствами проволоки и обобщенным показателем состояния зерна аустенита, на основе которой следует корректировать режимы нагрева под закалку.
  5. Установлена необходимость дифференциации режимов нагрева под закалку в зависимости от исходной структуры стали и степени деформации.
  6. Предложенные меры оптимизации техпроцесса и режимов ТО позволили повысить уровень механических свойств на 30-50%, а для стали 70ХГФА примерно в 2 раза и уменьшить разброс числа кручений в 3,5-5,2 раза, устранить брак по неоднородности размеров пружин из стали 65ГА на заводе «АВИТЕК» г. Киров.
  7. Разработаны методика и элементы установки для ультразвукового контроля величины зерна аустенита (балла иглы мартенсита) в пружинной т/о проволоке, что позволяет оперативно оценивать соответствие микроструктуры требованиям стандарта.

Объект исследования. Пружинные стали перлитного класса - углеродистая (68А), а также низколегированные с разной устойчивостью карбидной фазы (65ГА и 70ХГФА) и изготавливаемая из них пружинная т/о проволока ответственного назначения. Исследованию подвергались стали с различной исходной структурой, характерной для технологического процесса изготовления проволоки, – перлита разной формы и дисперсности, получаемого после отжига, нормализации и патентирования. Изучались стали в недеформированном состоянии, а также после деформации как с оптимальными, так и с неблагоприятными, с точки зрения накапливаемой при волочении внутренней дефектности, обжатиями.

Предмет исследования. Структурная неоднородность и локальная неравномерность свойств в пружинной т/о проволоке.

Методы исследования: оптическая микроскопия для определения характеристик действительного зерна аустенита (ДЗА) и параметров микроструктуры; количественный микроанализ; рентгеноструктурный анализ для определения плотности дислокаций, содержания углерода в мартенсите и оценки степени неоднородности аустенита по углероду; механические испытания на растяжение, уровень и разброс кручений, перегиб; релаксационные испытания; пикнометрический метод; акустический метод определения ДЗА; планирование эксперимента и математическое моделирование; статистическая обработка экспериментальных данных (корреляционный и дисперсионный анализ) с применением расчетов на ЭВМ; оценка точности эксперимента; аналитические расчеты комплексов разрушения, применяемых в синергетике.

Основные положения, выносимые на защиту.

  1. Результаты исследования влияния различных характеристик исходной структуры (формы, дисперсности, однородности перлита), смешанных структур и структур, полученных по разным механизмам, на параметры состояния действительного зерна аустенита – размер, разнозернистость, степень негомогенности и плотность дислокаций недеформированных пружинных сталей.
  2. Закономерности изменения характеристик зерна аустенита проволоки с разной исходной структурой в результате комплексного воздействия ХПД и ТО в условиях ускоренного нагрева и кратковременных выдержек при аустенитизации, характерных для проволочно-пружинного производства.
  3. Типы зависимостей величины зерна, разнозернистости, негомогенности и плотности дислокаций от степени ПХПД, исходной структуры и температуры аустенитизации, позволяющие уточнить представления о механизме процесса аустенитообразования и роста зерна с позиции теории рекристаллизации.
  4. Закономерности развития процессов рекристаллизации в аустените предварительно недеформированных и деформированных пружинных сталей; влияние устойчивости субструктуры, сформировавшейся при ПХПД и докритическом нагреве к началу фазового превращения, на температурные интервалы развития рекристаллизации.
  5. Новый подход к оптимизации температуры нагрева под закалку на основе обобщенного показателя состояния действительного зерна аустенита, позволяющий учитывать разноплановое влияние зеренных характеристик на уровень и равномерность механических свойств.
  6. Результаты оценки вклада структурной неоднородности и уровня дефектности проволоки в развитие явления локальной неравномерности свойств.

Апробация работы. Отдельные этапы и основное содержание работы докладывались на Научно-технической конференции молодых ученых и студентов, ННИИРТ, 5-6 мая 2004г.; IV Международной молодежной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона», 26-27 мая 2005г; 11-й Нижегородской сессии молодых ученых (технические науки), 12–16 февраля 2006г; V Международной научно-технической конференции «Будущее технической науки Нижегородского региона» 19 мая 2006г; 12-й Нижегородской сессии молодых ученых (технические науки), 26 февраля–2 марта 2007г.

Личное участие. Все экспериментальные исследования по теме диссертации, как в лабораторных, так и в производственных условиях, а также обработка и анализ полученных результатов выполнены лично автором.

Публикации: основное содержание диссертации опубликовано в 13 печатных работах, в том числе – одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих выводов по работе, списка литературы из 108 наименований и 5 приложений. Работа содержит 238 страниц текста и включает 76 рисунков, 44 таблицы.

Работа является частью исследований, проводимых каф. МТПОМ НГТУ им. Р.Е.Алексеева.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулирована цель работы, определен объект и предмет исследования, приведены выносимые на защиту положения.

В первой главе представлены литературные и производственные данные по проблемам качества пружинной т/о проволоки, выявлены факторы, его определяющие, установлена значимость влияния состояния зерна аустенита. Проанализированы основные закономерности перлито-аустенитного превращения, формирования и роста действительного зерна аустенита под воздействием разных технологических факторов.

В результате проведенного анализа литературных и производственных данных установлено следующее.



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.