8. Расчёт оценки вклада в упрочнение различных механизмов.

1. Химический состав низкоуглеродистых легированных сталей.

18ХН

С – 0,18%

Mn – 0.6%

Si – 0,3%

Cr – 1%

P – 0,03%

Ni – 1%

18ХГТ

С – 0,18%

Mn – 1%

Si – 0,3%

Cr – 1%

P – 0,03%

Ti-0.3%

N-0.004%

2. Режимы термической обработки.

нормализация.

3. Тип стали.

Строительная

4. Структура стали.

ф

с

ф

с

5.Сопротивление решётки металла движению свободных дислокаций.

₀=2*10⁴G

где, G-модуль сдвига железа (G=84000Мпа).

₀=2*10 ⁴*84000=16,8МПа

6.Упрочнение твёрдого раствора растворенными в нём легирующими элементами и примесями.

где К_i-коэффициент упрочнения i-м легирующим компонентом.

С_i – концентрация i-го элемента.

_тр=0.01*4670+1*30+1*30+0.03*690+0,6*35+85*0,3=173.9МПа

_тр=(0.01+0.004)*4670+1*30+1*35+0.3*80+0.03*690+0.3*85=368.7МПа

7.Упрочнение, обусловленное сопротивлением скользящей дислокации другим дислокациям в кристалле.

где, b – вектор Бюргерса (b = 0,2510^–7 см);  = 0,5;  – плотность дислокаций см^-2, M₀ = 2,75.

p=4*10⁷

0,5*2,75*84000*0,25*10^{- 7}*(4*10⁷)^1/2=18.26 МПа

p=9*10⁷

0,5*2,75*84000*0,25*10^-7*(9*10⁷)^1/2=27.39 МПа

8.Упрочнение, вызванное образованием дисперсных частиц второй фазы при распаде пересыщенного твёрдого раствора.

где,  – расстояние между частицами, см.

=1,25*10^-4 м

2*0,5*2,75*84000*0,25*10^-7/(1,25*10^-4) = 46,2 МПа

=0,9*10^-4 м

2*0,5*2,75*84000*0,25*10^-7/(0,9*10^-4)=64,17 МПа

Перлитная составляющая.

где, П – % перлитной составляющей.

9.Зернограничное упрочнение, т.е. повышение прочности за счет границ зерен, являющихся барьерами для продвижения дислокаций из одного зерна в другое.

где, K_у = 0,6 МПам^½ ; l – размер зерена, м.

d= 30 мкм

0,15*10^-3*(30*10^-6)^-1/2=109,5 МПа

d= 15 мкм

0,15*10^-3*(15*10^-6)^-1/2=154,9 МПа

10.Предел текучести.

Σ _i = ₀ + _ТР +_д +_ду + +

16,8+240,4+15,8+109,5+94,32+46,2=523 МПа

16,8+180,2+25,8+154,9+94,32+64,17=536,2 Мпа

11.Порог хладноломкости

 

T_пр = T₀ + 0,5*240,4 + 0,9*94,32 + 0,4*15,8 + 0,3*46,2 - 0,7*109,5 = T₀ + 148,62

T_пр = T₀ + 0,5*180,2 + 0,9*94,32 + 0,4*25,8 + 0,3*64,17 - 0,7*154,9 = T₀ + 97,13

12.Зависимость _i (C_i , _i , _i , d_i )

9. Вывод

Твердорастворное упрочнение.

Mn, Si, Ni, P в сталях 09Г2С и 09Г2Б практически целиком растворены в феррите. Сr частично входит в состав карбидной фазы и частично растворен в феррите. Nb практически полностью входит в состав карбидной фазы и он не является легирующим элементом. Значение _тр больше в стали 09Г2С потому, что содержание в ней Si больше чем в стали 09Г2Б.

Дислокационное упрочнение.

Значение _д у стали 09Г2Б больше, так как в ней, в отличие от стали 09Г2С, содержится Nb, который измельчает структуру.

Дисперсионное упрочнение.

В обеих сталях карбидообразующими элементами являются Mn и Cr. Содержащийся в большем количестве в стали 09Г2С Si не является карбидообразующим элементом. Входящий в состав стали 09Г2Б Nb, является сильным карбидообразующим элементом, поэтому размер частиц этой стали меньше размера частиц стали 09Г2С, следовательно межчастичное расстояние тоже меньше. Значение _ду в стали 09Г2Б меньше, чем в стали 09Г2С.

В сталях с ферритно-перлитной структурой учтем вклад _п к вкладу _ду. Значение _п одинаково в обеих сталях, так как содержание в них С одинаково.

Зернограничное упрочнение.

Значение _з болше в стали 09Г2Б, так как в ее структуре получаем дисперсные карбидонитридные фазы Nb.

Расчет значений механизмов упрочнения позволяет нам дать практические рекомендации для обеспечения максимальной прочности и низкого порога хладноломкости сталей 09Г2С и 09Г2Б.

Порог хладноломкости составил для стали 09Г2С Т_пр=Т₀+148,62, а для стали 09Г2Б Т_пр=Т₀+97,13.