Kokkuvõte: Uuriti erinevate kuumtöötlusprotsesside mõju ZG06Cr13Ni4Mo materjali jõudlusele. Katse näitab, et pärast kuumtöötlemist temperatuuril 1 010 ℃ normaliseerimisel + 605 ℃ esmasel karastusel + 580 ℃ sekundaarsel karastusel saavutab materjal parima jõudlusindeksi. Selle struktuur on madala süsinikusisaldusega martensiit + pöördtransformatsiooni austeniit, millel on kõrge tugevus, vastupidavus madalal temperatuuril ja sobiv kõvadus. See vastab toote jõudlusnõuetele suure tera valamise kuumtöötluse tootmisel.
Märksõnad: ZG06Cr13NI4Mo; martensiit roostevaba teras; tera
Suured labad on hüdroenergia turbiinide põhiosad. Osade kasutustingimused on suhteliselt karmid ning need on pikka aega allutatud kõrgsurve veevoolu mõjule, kulumisele ja erosioonile. Materjal on valitud ZG06Cr13Ni4Mo martensiitsest roostevabast terasest, millel on head terviklikud mehaanilised omadused ja korrosioonikindlus. Hüdroenergia ja sellega seotud valandite suuremahulise arenguga on roostevabast terasest materjalidele, nagu ZG06Cr13Ni4Mo, seatud kõrgemad nõuded. Sel eesmärgil koos kodumaise hüdroenergiaseadmete ettevõtte ZG06C r13N i4M o suurte labade tootmiskatsega, materjali keemilise koostise sisekontrolli, kuumtöötlemisprotsessi võrdluskatse ja katsetulemuste analüüsi abil optimeeritud ühe normaliseerimise + kahekordse karastamise kuumuse. ZG06C r13N i4M o roostevabast terasest materjali töötlemisprotsess otsustati toota kõrgetele jõudlusnõuetele vastavaid valandeid.
1 Keemilise koostise sisekontroll
ZG06C r13N i4M o materjal on ülitugev martensiitsest roostevaba teras, millel peavad olema kõrged mehaanilised omadused ja hea löögikindlus madalal temperatuuril. Materjali toimivuse parandamiseks kontrolliti keemilist koostist sisemiselt, nõudes w (C) ≤ 0,04%, w (P) ≤ 0,025%, w (S) ≤ 0,08% ja kontrolliti gaasisisaldust. Tabelis 1 on toodud materjali sisekontrolli keemilise koostise vahemik ja proovi keemilise koostise analüüsitulemused ning tabelis 2 materjaligaasi sisalduse sisekontrolli nõuded ja proovi gaasisisalduse analüüsitulemused.
Tabel 1 Keemiline koostis (massiosa, %)
| element | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standardne nõue | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3,5-5,0 | 11,5-13,5 | 0,4-1,0 | ≤0,5 |
|
| Koostisosade sisekontroll | ≤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 |
| Analüüsige tulemusi | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tabel 2 Gaasisisaldus (ppm)
| gaas | H | O | N |
| Sisekontrolli nõuded | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Analüüsige tulemusi | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
ZG06C r13N i4M o materjal sulatati 30 t elektriahjus, rafineeriti 25 T LF ahjus legeerimiseks, koostise ja temperatuuri reguleerimiseks ning dekarbureeriti ja degaseeriti 25 T VOD ahjus, saades seeläbi ülimadala süsinikusisaldusega sulaterase, ühtlane koostis, kõrge puhtusaste ja madal kahjulike gaaside sisaldus. Lõpuks kasutati lõplikuks deoksüdatsiooniks alumiiniumtraati, et vähendada sulaterase hapnikusisaldust ja täiendavalt rafineerida terad.
2 Kuumtöötlusprotsessi katse
2.1 Katseplaan
Katsekehana kasutati valukeha, katseploki suurus oli 70mm×70mm×230mm ja eelkuumtöötlus oli pehmendav lõõmutamine. Pärast kirjandusega tutvumist valiti kuumtöötlemisprotsessi parameetriteks: normaliseerimistemperatuur 1 010 ℃, esmase karastamise temperatuurid 590 ℃, 605 ℃, 620 ℃, sekundaarse karastamise temperatuur 580 ℃ ja võrdluskatseteks kasutati erinevaid karastamisprotsesse. Katseplaan on näidatud tabelis 3.
Tabel 3 Kuumtöötlemise katseplaan
| Prooviplaan | Kuumtöötluse katseprotsess | Pilootprojektid |
| A1 | 1 010 ℃ Normaliseerimine + 620 ℃ karastamine | Tõmbeomadused Löögitugevus Kõvadus HB Painutusomadused Mikrostruktuur |
| A2 | 1 010 ℃ normaliseerimine + 620 ℃ karastamine + 580 ℃ karastamine | |
| B1 | 1 010 ℃ Normaliseerimine + 620 ℃ karastamine | |
| B2 | 1 010 ℃ normaliseerimine + 620 ℃ karastamine + 580 ℃ karastamine | |
| C1 | 1 010 ℃ Normaliseerimine + 620 ℃ karastamine | |
| C2 | 1 010 ℃ normaliseerimine + 620 ℃ karastamine + 580 ℃ karastamine |
2.2 Testitulemuste analüüs
2.2.1 Keemilise koostise analüüs
Tabelis 1 ja 2 toodud keemilise koostise ja gaasisisalduse analüüsitulemustest on põhielemendid ja gaasisisaldus kooskõlas optimeeritud koostise kontrollvahemikuga.
2.2.2 Toimivustesti tulemuste analüüs
Pärast kuumtöötlemist erinevate katseskeemide järgi viidi läbi mehaaniliste omaduste võrdluskatsed vastavalt standarditele GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 ja GB/T231.1-2009. Katsetulemused on toodud tabelis 4 ja tabelis 5.
Tabel 4 Erinevate kuumtöötlusprotsesside skeemide mehaaniliste omaduste analüüs
| Prooviplaan | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | Kõvaduse väärtus HBW |
| standardne | ≥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 |
Tabel 5 Painutuskatse
| Prooviplaan | Paindekatse (d=25，a=90°) | hindamine |
| B1 | Pragu 5,2 × 1,2 mm | Ebaõnnestumine |
| B2 | Ei mingeid pragusid | kvalifitseeritud |
Mehaaniliste omaduste võrdlusest ja analüüsist: (1) Normaliseerimine + karastamine kuumtöötlemine, materjal võib saada paremaid mehaanilisi omadusi, mis näitab, et materjalil on hea kõvenevus. (2) Pärast termotöötluse normaliseerimist paraneb kahekordse karastamise voolavuspiir ja plastilisus (pikenemine) võrreldes ühekordse karastamisega. (3) Painutusvõime kontrolli ja analüüsi põhjal on B1 normaliseerimise + ühe karastamise katseprotsessi paindejõudlus kvalifitseerimata ja B2 katseprotsessi painutuskatse tulemus pärast topeltkarastamist on kvalifitseeritud. (4) Kuue erineva karastustemperatuuri katsetulemuste võrdluse põhjal on parimad mehaanilised omadused B2 protsessiskeemil 1 010 ℃ normaliseerimine + 605 ℃ ühekordne karastamine + 580 ℃ sekundaarne karastamine, voolavuspiiriga 687 MPa, pikenemisega. 23%, löögikindlus üle 160J temperatuuril 0 ℃, mõõdukas kõvadus 268HB ja kvalifitseeritud paindejõudlus, mis kõik vastavad materjali jõudlusnõuetele.
2.2.3 Metallograafiline struktuurianalüüs
Materjali B1 ja B2 katseprotsesside metallograafilist struktuuri analüüsiti vastavalt GB/T13298-1991 standardile. Joonisel 1 on näidatud normaliseerimise + 605 ℃ esimese karastamise metallograafiline struktuur ja joonisel 2 on näidatud normaliseerimise + esimese karastamise + teise karastamise metallograafiline struktuur. Metallograafilise kontrolli ja analüüsi põhjal on ZG06C r13N i4M o põhistruktuur pärast kuumtöötlust madala süsinikusisaldusega lattmartensiit + pöördausteniit. Metallograafilisest struktuurianalüüsist nähtub, et materjali lattmartensiitkimbud on pärast esimest karastamist paksemad ja pikemad. Pärast teist karastamist muutub maatriksi struktuur veidi, martensiidi struktuur on samuti veidi viimistletud ja struktuur on ühtlasem; jõudluse osas paraneb teatud määral voolavuspiir ja plastilisus.
Joonis 1 ZG06Cr13Ni4Mo normaliseerimine + üks karastamine mikrostruktuur
Joonis 2 ZG06Cr13Ni4Mo normaliseeriv + kahekordne karastamine metallograafiline struktuur
2.2.4 Katsetulemuste analüüs
1) Test kinnitas, et ZG06C r13N i4M o materjalil on hea karastusvõime. Normaliseerimise + karastamise abil saab materjal saada häid mehaanilisi omadusi; kahe karastuse voolavuspiir ja plastilised omadused (pikenemine) pärast normaliseerivat kuumtöötlust on palju suuremad kui ühel karastusel.
2) Katseanalüüs tõestab, et ZG06C r13N i4M o struktuur pärast normaliseerimist on martensiit ja karastamise järgne struktuur on madala süsinikusisaldusega lattkarastatud martensiit + pöördausteniit. Karastatud struktuuris oleval ümberpööratud austeniidil on kõrge termiline stabiilsus ja sellel on oluline mõju materjali mehaanilistele omadustele, löögiomadustele ning valu- ja keevitusprotsessi omadustele. Seetõttu on materjalil kõrge tugevus, kõrge plastiline tugevus, sobiv kõvadus, hea pragunemiskindlus ning head valu- ja keevitusomadused pärast kuumtöötlust.
3) Analüüsida ZG06C r13N i4M o sekundaarse karastamise tulemuslikkuse paranemise põhjuseid. Pärast normaliseerimist, kuumutamist ja kuumuse säilitamist moodustab ZG06C r13N i4M o pärast austeniseerimist peeneteralise austeniidi ja muutub pärast kiiret jahutamist madala süsinikusisaldusega martensiidiks. Esimesel karastamisel sadestub martensiidis olev üleküllastunud süsinik karbiidide kujul, vähendades seeläbi materjali tugevust ning parandades materjali plastilisust ja sitkust. Esimese karastamise kõrge temperatuuri tõttu tekib esmakarastamisel lisaks karastatud martensiidile ka ülipeen pöördausteniit. Need pöördausteniidid muudetakse karastamise jahutamise ajal osaliselt martensiidiks, luues tingimused sekundaarse karastamise käigus uuesti tekkiva stabiilse pöördausteniidi tuuma tekkeks ja kasvuks. Sekundaarse karastamise eesmärk on saada piisavalt stabiilset pöördausteniiti. Need pöördausteniidid võivad plastilise deformatsiooni käigus läbida faasimuutuse, parandades seeläbi materjali tugevust ja plastilisust. Piiratud tingimuste tõttu on pöördausteniiti võimatu vaadelda ja analüüsida, mistõttu tuleks käesolevas katses võtta võrdleva analüüsi peamisteks uurimisobjektideks mehaanilised omadused ja mikrostruktuur.
3 Tootmisrakendus
ZG06C r13N i4M o on ülitugev roostevabast terasest valatud terasmaterjal, millel on suurepärane jõudlus. Terade tegelikul valmistamisel kasutatakse tootmiseks katsega määratud keemilist koostist ja sisekontrolli nõudeid ning sekundaarse normaliseerimise + karastamise kuumtöötlusprotsessi. Kuumtöötlemisprotsess on näidatud joonisel 3. Praeguseks on lõpetatud 10 suure hüdrojõulaba tootmine ja kõik jõudlus on vastanud kasutaja nõudmistele. Need on läbinud kasutaja korduskontrolli ja saanud hea hinnangu.
Keeruliste kumerate labade omaduste, suurte kontuuride mõõtmete, paksude võllipeade ning hõlpsa deformatsiooni ja pragunemise tagamiseks tuleb kuumtöötlemisprotsessis võtta mõned protsessimeetmed:
1) Võlli pea on allapoole ja tera on ülespoole. Ahju laadimisskeem on vastu võetud minimaalse deformatsiooni hõlbustamiseks, nagu on näidatud joonisel 4;
2) Veenduge, et valandite ning valandite ja padjarauda põhjaplaadi vahel on piisavalt suur vahe, et tagada jahutus, ning veenduge, et paks võlli pea vastaks ultraheli tuvastamise nõuetele;
3) Tooriku kuumutusaste segmenteeritakse mitu korda, et minimeerida valu organisatsioonilist pinget kuumutamisprotsessi ajal, et vältida pragunemist.
Ülaltoodud kuumtöötlusmeetmete rakendamine tagab tera kuumtöötluse kvaliteedi.
Joonis 3 ZG06Cr13Ni4Mo tera kuumtöötlusprotsess
Joonis 4 Laba kuumtöötlusprotsessi ahju laadimisskeem
4 Järeldused
1) Materjali keemilise koostise sisekontrolli põhjal tehakse kuumtöötlemisprotsessi testimise kaudu kindlaks, et ZG06C r13N i4M o ülitugevast roostevabast terasest materjali kuumtöötlemisprotsess on kuumtöötlusprotsess 1 010 ℃ normaliseerimine + 605 ℃ esmane karastamine + 580 ℃ sekundaarne karastamine, mis tagab, et valumaterjali mehaanilised omadused, madala temperatuuriga löögiomadused ja külma paindeomadused vastavad standardnõuetele.
2) ZG06C r13N i4M o materjalil on hea karatuvus. Struktuur pärast normaliseerimist + kahekordse karastamise kuumtöötlemist on madala süsinikusisaldusega liistmartensiit + hea jõudlusega pöördausteniit, millel on kõrge tugevus, kõrge plastiline tugevus, sobiv kõvadus, hea pragunemiskindlus ning hea valu- ja keevitusjõudlus.
3) Katsega määratud normaliseerimise + kahekordse karastamise kuumtöötlusskeemi rakendatakse suurte lõiketerade kuumtöötlusprotsessis ja kõik materjali omadused vastavad kasutaja standardnõuetele.
Postitusaeg: 28. juuni 2024
