книги из ГПНТБ / Сергеев, А. Б. Вакуумный дуговой переплав конструкционной стали

денны х как в наш ей стране,

так и за

р убеж о м . С у д я

по

этим данны м ,

переплав сказы вается

преимущ ественно

на п о казател я х

пластичности

и вязкости м еталл а. В

к а ­

ли , сгруппированной по значению

предела

прочности

(табл .

4 3).

Т а б л и ц а

43

И зм е н е н и е * п л а сти ч еск и х

х а р а к т е р и ст и к

П р е д е л

к о н стр у к ц и о н н о й ст а л и

п ри

В Д П , %

б

2-1Б-79

° н

144Б-55

п р о ч н о ст и

А

Б

А

А

к ге / с м 2

50 — 100

27

2 2 4 -7 7

(— 6 )4 -4 7

( - 2 8 ) 4 - 8 3

100— 150

( - І ) - З

2 2 4 -1 1 4

( - 7 ) 4 - 7

3 9 4

-1 7 7

2 3 4 -3 6

184 -63

150— 200

8 4 -2 6

5 7 4 -7 2

9 4 -2 4

4 8 4

-1 7 5

2 5 4 -6 7

3 3 4 -7 9

200

60

42

2 1 0 4

-3 0 0

Д о

50

Д о

122

П р и м е ч а н и е . А — п р о д о л ь н ы е о б р а з ц ы ; Б — п о п ер е ч н ы е .

* З н а к (— ) о б о з н а ч а е т сн и ж е н и е св о й ст в .

после

переплава

И з

приведенны х данны х видно, что

особенно на о б р азц ах , вы резанны х

в направлении , по ­

перечном к волокну деф орм ации . Н а

продольны х ж е о б ­

р а зц а х в некоторых сл учая х наблю далось д а ж е

сн и ж е ­

ние свойств. Е щ е

один важ ны й вывод,

который

мож но

сделать из табл .

41, состоит в том,

что

степень

ул уч ш е ­

конструкционной стали, определяемы е на

продольны х

о б р азц ах , свидетельствую т и наш и данны е.

Стати сти че­

стали З О Х Г С Н А ,

вы плавленной

в дуговы х

электропечах

и переплавленной

методом

В Д П

(рис. 79),

п о казал , что

м еталл открытой

вы плавки

имеет несколько повыш ен-

і і ь п і

предел

прочности при

одинаковом

уровне

(в

срёД-

нем)

относительного

суж ен и я и

ударной

вязкости .

В

то

ж е

время для

вакуум н ого

м еталл а

хар актер ен

меньш ий

разброс

показателей

пластичности

н вязкости .

ре­

А н алогичны е

зультаты

получены

и в ходе сп ец и альн о ­

го

сравнительного

и сследовани я свой ­

ств ряд а кон струк ­

ционны х

сталей в и с­

ходном

состоянии и

при

В Д П .

П р и

его

проведении

стрем и ­

лись

исклю чить,

н а ­

сколько

это

в о зм о ж ­

но, влияние на свой ­

ства таких ф акторов ,

как

хим ический

со ­

став ,

степень д еф о р ­

м ац ии ,

реж и м

тер ­

м ообработки и т.

д .

И з

т аб л . 44

видно,

что

на

продольны х

о б р а зц а х для

стали

разны х м ар ок не н а ­

блю д ается

устойчи ­

(накопленнаячастота), %

вого

повыш ения

Р н с .

79.

М е х а н и ч е с к и е

св о й с т в а

ст а л и

свойств,

тогда

как

при

испытании

по ­

Зв ыО хХ Г Сэ лНеАк,т рвоыппелчаавхл е н(/)н о й

нв оптекрреып лт ыа вхл еднунгоой­

перечны х

образцов

м ет о д о м

В Д П

(2)

( з а г о т о в к а д и а м е т р о м

показатели

п ласти ч ­

90-г 180

м м ;

100 п л а в к а м )

д а н н ы е

по

ности

и вязкости в а ­

ст а т и с т и ч е с к и е

куум ного

м еталл а

чем

у

исходного , З т о

особенно

значительно

выш е,

наглядно п оказано

на

рис.

80.

м еталл а ,

Т аки м о бр азо м , неоспорим ы м достоинством

полученного

методом

В Д П ,

следует считать повы ш ен ­

ную

изотропность

свойств

в

продольном

и

поперечном

н аправлен и ях.

проб,

отобранны х от

верхней

и

от

П р и

испытании

ниж ней

части слитка (после ковки

и удалени я

устан о в ­

ленной

технологической

обрези)

о бн ар уж ен а

т ак ж е

и

слитка

(рпс. 8 1). II

прочность, и уд ар н ая вязкость про ­

дольны х и поперечны х

обр азц ов о казал и сь в верхней

части

таким и ж е ,

как

в нпж пеп .

о

5

10

15

2 0

2 5

30

Р и с . 80.

М еханические свойст ва ст али в исходном состояние

В л и я н и е

В Д П н а м е х а н и ч е ск и е

с в о й ст в а

с т а л и п ри

и с п ы ­

т а н и и о б р а з ц о в ,

в ы р е з а н н ы х в н а п р а в л е н и и , п о п е р е ч н о м в о л о к ­

ходим ы испы тания,

п р и бли ж аю щ и еся к условиям

р аб о ­

ты деталей м аш ин

и

м еханизм ов. О бщ епризнанны м

критерием такого рода

является определяем ая при

цик­

лическом

нагруж ени и

обр азц а

усталостн ая прочность.

И ссл ед о в ан и е

этой

характеристики

на

ряде

сталей

[101]

свидетельствует

о сущ ественном

ее

повышении в

результате

В Д П

(табл .

4 5 ). В

то ж е время этот эф ф ект,

т ак ж е

к ак

и для пластических

свойств,

зависит

от уров­

ня прочности стали .

У

стали

с

временны м

сопротивле-

Р н с .

81. П р о ч н о с т ь II

у д а р н а я

в я зк2)о ст ь

4)

о б р а з ц о в д е3ф о р м4)и р о в а н н о й(2,с т а ­

л и З О Х З С Н М В Ф - В Д ,

о т о б р а н н ы х

о т в ер хн ей

(/,

) и

н и ж н ей

ч а с т и

с л и т к а в п р о д о л ь н о м

(/,

и

п о п ер е чн о м

(5,

н а п р а в л е н и и

к в о л о к н у

д е ф о р м а ц и и

(д ан н ы е п о

150

п л а в к а м )

мнем

100— 130

кгс/мм2

предел усталости после п ерепла­

ва в

вакуум е

увеличился

только на поперечны х

о б р аз ­

ц ах ,

в то

время как

у

высокопрочной

стали

(170—

200 кгс/мм

2) — такж е

и на продольны х.

Э то п одтверж ­

даю т

и

испытания

цементованны х

образцов

стали

1 2 Х Н 2 Н 4 А : в

упрочненном состоянии

предел усталости

для поперечны х образцов , т. е. примерно так

ж е , как и

на др угих стал ях с повышенной прочностью .

прочность

Аналогичное влияние В Д П

на усталостную

описано и в других р аботах

[17,

3 7 ]. П р и этом отм еча­

ется, что предел усталости стали ,

прош едш ей

переплав,

1,4-т II

в 0,5-т

вакуум ной

индукционной

печи.

Ч асть м е­

т а л л а , вы плавленного

на

воздухе, была

переплавлена в

вакуум н ы х

дуговы х

печах с кристаллизаторам и диам ет­

ром 400 м м .

В есь

м еталл , предназначавш ийся

для ис­

следован и я , был

подвергнут

деф орм ации с примерно

одинаковой

степенью

обж ати я.

Среднее

содерж ание ки­

слород а

в

м еталле

открытой, вакуум ной индукционной

II дуговой

плавки

составило

соответственно

0,0051;

0,0029 и 0,0028% , а

азота — 0,032; 0,008 и 0,018% .

П р и

сравнении

свойств стали различны х вариантов

вы плавки (табл . 46)

обн аруж и вается ,

что

вакуум ная

п л авк а ,

как

индукционная, так

и дуговая , благоприятно

стали не только

в

поперечном ,

но

и

в

продольном

н а ­

правлении. В то

ж е

время паивы сш ий уровень

пластич ­

ности II вязкости при

минимальной

их

анизотропности

получен па м еталле В Д П .

Т а б л и ц а

46

М е х а н и ч е ск и е св о й с т в а

ст а л и

т и п а

0 X 1 1 Н 4 р азл и ч н ы х

в а р и а н то в

В а р и а н т в ы п л авки

V

< Ѵ

6 .

%

4>. %

GH’

кге /м м *

к гс / м м 2

к г с - м /см *

О т к р ы т а я э л е к т р о ­

7 3 ,0

6 9 .3

1 9 ,5

6 4 ,2

1 8 .4

7 6 .6

6 9 .3

11, 7

3 9 .1

1 0 .5

печь

В И П

8 4 .7

8 5 ,2

21, 1

7 0 ,9

2 3 .6

8 4 ,4

8 4 ,0

2 0 ,1

6 4 ,4

1 2 ,9

В Д П

8 4 .8

7 1 , 5

2 0 ,9

7 7 .1

3 1 . 6

8 5 ,3

7 2 ,0

19, 6

7 3 ,7

2 6 ,0

П р и м е ч а в и е . В ч и сл и т ел е — д а н н ы е д л я п р о д о л ь н ы х о б р а з ц о в , в з н а ­

м е н а т е л е — д л я п о п е р е ч н ы х .

свойства стали

В другой серии опы тов1 сравнивались

5 0 Х 2 Н М , вы плавленной

в вакуум ной

индукционной

пе­

,12— .995

.177

Р и с . 82. С р а в н е н и е м е х а н и ч е с к и х св о й ст в

с т а л и 5 0 X 2 Н М ,

в ы п л а в л е н н о й

в и н д у к ц и о н н о й

в а к у у м н о й п ечи ( и с х о д ­

н ое со ст о я н и е )

и п о д в е р гн у т о й д о п о л н и т е л ь н о м у в а к у у м ­

н о м у д у г о в о м у 2

п е р е п л а в у :

/ — п р о д о л ь н ы е о б р а з ц ы ;

— п о п ер е ч н ы е о б р а з ц ы

перековали на заготовки с одинаковы ми

обж ати ям и .

В ы со к ая степень раф инирования от газов

и нем еталли ­

ке в вак уум е , привела

к том у, что в ходе

последую щ его

вакуум н ого дугового

переплава

уровень

чистоты стали

почти не изм енился.

Содер ж ан и е

азота в

м еталле обоих

вариантов колебалось

в пределах 0,006— 0,008% . П о су ­

щ еству однозначны е

результаты

получены

и при м етал ­

составлял 1,5— 2,0 (по ш кале Г О С Т

17778— 62) при п р а к ­

тически полном отсутствии окисных

вклю чений. Н есм от ­

перечны х об р азц ах (рис.

82). У д ар н ая вязкость

этих о б ­

разцов в результате В Д П

возросла в среднем в два р а за ,

а

относительное

суж ение — д а ж е

в три разаТ а (бтаблл и ц .а

4 7)47.

М е х а н и ч е ск и е с в о й с т в а

стал и 5 9 Х 2 Н М , вы п л а вл ен н о й

в в а к у у м н о й

и н д ук ц и о н н о й печи

и

д у п л е к с -п р о ц е ссо м

В а р и а н т техн ол оги и

«в-

б,

%

■4’. %

°н -

к г с / м м 2

к гс -м / с м *

В

П П ................................

2 0 8 ,1

11, 7

3 8 ,3

4 ,0

2 0 6 ,6

5 ,3

8 ,7

1 ,7

в и п + в д п . . .

2 1 0 ,9

9 ,8

3 9 ,5

5 ,4

2 1 0 ,8

7 ,6

2 6 ,2

3 ,6

П р и м е ч а н и е . В ч и сл и т ел е — д а н н ы е д л я п р о д о л ь н ы х о б р а з ц о в , в з н а ­

м е н а т е л е — д л я п о п е р е ч н ы х .

позволя ­

Таким образом , проведенные эксперименты

туры .

О собенно

заметное

повыш ение

изотропности

свойств

связано

с действием

структурного

ф актора.

Это

свидетельствует

о том , что при осущ ествлении В Д П

н а ­

их

процессов: и рафинирования и затвердевания м етал ­

л а .

Д ости чь этого мож но оптимизацией технологического

12*

179

ж е , как и характер

м акро- и

м икроструктуры

слитка

определяю тся в основном двум я п ар ам етр ам и

плавки:

ди ам етром кристалли затора и силой

тока

дуги .

Е сли

учесть

рассм отренны е

в преды дущ ем

п ар агр аф е

р езул ь ­

таты ,

то следует ож и дать зам етного

влияния

обои х

этих

ф акторов на свойства стали .

свойств конструкционной

Зависим ость м еханических

стали

от ди ам етра слитка бы ла

и сл ед о ван а 1 на опытных

линейной плотности тока, равной

165 А /см .

о б р аз­

М ехан и чески е

свойства стали

испы ты вали на

ц ах , вы резанны х из слитков,

а т ак ж е

из заготовок,

п о л у ­

ченных посредством ковки слитков с

одинаковой

(трех­

кратной)

степенью о бж ати я .

Т а б л и ц а 48

М е х а н и ч е с к и е с в о й с т в а ст а л и З О Х З С Н М В Ф А

в л и то м со ст о я н и и (п р о д о л ь н ы е о б р а з ц ы , ср ед н и е д а н н ы е )

Д и а м е т р

а в , к гс / м м !

а т , к г с / м м 2

б. %

Ф . %

V

с л и т к а , мм

к г с -м / с м *

320

1 8 6 ,4

1 6 8 ,4

6 ,0

1 2 ,8

1 ,8

400

1 8 5 ,4

1 6 7 ,3

4 ,6

11, 0

1 , 8

460

1 8 5 ,4

1 6 7 ,3

5 .1

9 ,4

1 ,4

П р и анализе свойств стали в литом состоянии,

несм от­

ря на

значительную дисперсию

результатов, п ри сущ ую

этом у

виду испытаний вы сокопрочного м еталл а,

о б н ар у ­

ж и вается сл аб ая

тенденция

к

сниж ению характеристик

пластичности

и вязкости

с

ростом

ди ам етра

слитка

(табл .

4 8 ). Б ол ее

четко

эта

тенденция проявляется

на

деф орм и рованном

м еталле

(рис. 8 3).

Сн иж ение

ударной

вязкости при

переходе

от

слитка

диам етром

320

мм

к слитку ди ам етром 460 мм

составило в среднем и на

продольны1 П р и у чха стии и наС .

Ппоперечны. А р т е м о в о йх и оЛб. рФазц. Д вахо р яоколош и н о й .

4 0 % .

Н а