Обчислення оптимальних температурних інтервалів аустемперингу матриці чавунів із кулястим графітом

K. І. Uzlov

Анотація


Мета. В інтервалі температур аустемперингу бейнітних чавунів із кулястим графітом (БЧКГ) 260…420 ºC спостерігається адекватно до структурного стану зміна характеру поведінки функцій механічних властивостей. Завданням цієї роботи було вивчення впливу температури ізотермічної витримки на формування мікроструктури металевої матриці та механічних властивостей зразків із чавунів із кулястим графітом та обчислення оптимальних температурних інтервалів аустемперингу їх матриці. Методика. Досліджені чавуни з кулястим графітом термічно зміцнені ізотермічним гартуванням на промисловому устаткуванні за технологією підприємства «Амстед-Рейл». Термічно оброблені зразки підлягали металографічному аналізу та механічним випробуванням за стандартними методиками. Математичну обробку здійснювали з використанням програми «Microsoft Excel 2003». Апроксимацію експериментальних даних проводили за допомогою програмного забезпечення «Curve Expert». Подальший аналіз моделі щодо наявності екстремальних точок і точок перегинів кривих залежностей проводили із застосуванням програми MathCAD 14. Результати. У статті визначено температурні інтервали формування бейнітних структур металевої матриці БЧКГ: нижній бейніт (260…280 ºС), змішана бейнітна структура (300…360 ºС), верхній бейніт (360…420 ºС). Дослідження механічних властивостей БЧКГ продемонструвало інтенсивне монотонне зниження тимчасового опору руйнуванню в дослідженому інтервалі температур, закономірно протилежне за напрямком, але ідентичне щодо поведінки підвищення пластичних властивостей, та ступінчастий, відповідно до структурного стану, характер зміни твердості. Розгляд функції залежності твердості від температури аустемперингу проводили за допомогою апроксимації експериментальних даних. Здійснено аналіз моделі з точки зору пошуку екстремальних точок та точок перегину. Наукова новизна. Математичною обробкою функціональної залежності структурно-чутливої властивості (твердості) від температури аустемперингу визначено наявність точки перегину відповідного поліному та її положення. Практична значимість. Обчислені кількісні значення температурних інтервалів структуроутворення бейнітної матриці БЧКГ та відповідної поведінки властивостей виробів із них дозволяють прогнозно призначати промислові режими термічного зміцнення для деталей із специфічними умовами експлуатації.


Ключові слова


бейнітний чавун із кулястим графітом; аустемперинг; структурний стан; механічні властивості; програмне забезпечення; поліноміальна залежність; аналіз моделі; промислові режими термічного зміцнення

Повний текст:

PDF

Посилання


DSTU3925–99. Chavun z kuliastymy grafitom dlia vylyvky. Marky [GOST 3925 – 99. Spheroidal graphite iron for casting.Grades]. Derzhavnyi komitet standartyzatsii, metrologii ta sertyfikatsii−The State Committee for Standardization, Metrology and Certification . Kyiv, 1999, 25 p. (in Ukrainian). Available at: http://www.ukrndnc.org.ua/index.php?option=com_ushop&Itemid=69&grp=1054&pgrp=1063&lstdssu=1065

Uzlov K. I., Hulin A. N., Dementeva Zh. A. Vliyanie temperaturyi izotermicheskoy vyiderzhki pri austemperinge na mehanicheskie svoystva vyisokoprochnogo chuguna [Influence of austempering isothermal tempering temperature on mechanical properties of ductile iron]. Fundamentalnyie i prikladnyie problemyi chernoy metallurgii - Fundamental and applied problems of the steel industry. Sbornik nauchnykh trudov −Collection of scientific papers. Kiev, 2008, pp. 175-178. (in Russian). Available at: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62720

GOST 5639 – 82. Stali i splavy. Metody vyyavleniya iopredeleniya velichiny zerna [GOST 5639 – 82. Steel and alloys. Methods for detection and determination of grain size]. Moskow, Gosstandart, 1982. 38 p. (in Russian). Available at: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml

GOST 3443 – 87. Otlivki iz chuguna s razlichnoy formoy grafita.Metody opredeleniya struktury [GOST 3443 – 87. Cast iron castings with graphite of different form. Methods of structure determination]. Moscow, Gosstandart, 1987. 43 p. (in Russian). Available at: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml

GOST 1497 – 84. Metaly. Metody ispytany na rastyazhenie [GOST 1497 – 84Metals. Methods of tension test] Moscow, Gosstandart, 1985. 23 p. (in Russian). Available at: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml

GOST 9454 – 78. Metaly. Metod ispytaniya na udarny izgib pri ponizhenii komnatnoy i povyshenyh temperatur [GOST 1497 – 78. Metals. Method for testing the impact strength at low, room and high temperature]. Moscow, Gosstandart, 1980. 11 p. (in Russian). Available at: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml

GOST 9012 – 59 Metaly. Metod izmereniya tverdosi po Brinelyu [GOST 1497 – 59. Metals. Method of Brinell hardness measurement]. Moscow, Gosstandart, 1960. 40 p. (in Russian). Available at: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml

DSTU GOST 8.381:2008. Etalony. Sposoby vyrazheniya pogreshnosti [GOST 1497 – 78.Standards. The ways of expressing the errors]. Kyiv, Gospotrebstandart, 2008. 11 p. (in Russian). Available at: http://www.ukrndnc.org.ua/index.php?option=com_ushop&Itemid=69&grp=237&pgrp=238&lstdssu=238

Deniel N. Deniel N. Primenenie statistiki v promyishlennom eksperimente [Application of statistics in industrial experiment] Moscow, Mir, 1979. 299 p. (in Russian). Available at: http://www.twirpx.com/file/604320/

Kartashev A. P. Rozhdestvenskiy B. L. Matematicheskiy analiz [Mathematical analysis]. Moscow, Nauka, 1984. 448 p. (in Russian) Available at: http://www.mate.oglib.ru/bgl/3247.html

Kurdyumov G. V., Utevskiy L. M., Entin R. I. Prevrascheniya v zheleze i stali [Transformations in iron and steel]. Moscow, Nauka, 1977. 236 p. (in Russian). Available at: http://www.twirpx.com/file/1051184/

Uzlov K. I., Hulin A. N., Dementeva Zh. A. Promyishlennoe osvoenie tehnologii austemperinga chugunov s sharovidnyim grafitom na predpriyatii [Industrial mastering of technology of cast-irons with spherical graphite on the enterprise] Metallurgicheskaya i gornorudnaya promyishlennost -Metallurgical and Mining Industry, 2006, no. 4, pp. 79-81. (in Russian). Available at: http://www.metaljournal.com.ua/mgp-04-2006/

Nesterenko A. M., Uzlov K. I., Hulin A. N. Nesterenko A. M., Uzlov K. I., Hulin A. N. Rentgenostrukturnyiy analiz beynitnoy strukturyi chugunov s sharovidnyim grafitom posle austemperinga v intervale temperatur sdvigovo – diffuzionnogo prevrascheniya [X–ray analysis of ADI bainitic matrix after austempering in shear – diffusion transformation temperature interval]. Fundamentalnyie i prikladnyie problemyi chernoy metallurgii - Fundamental and applied problems of the steel industry. Sbornik nauchnykh trudov - Collection of scientific papers. Dnipropetrovs’k, ISI NASU Ukraine, 2010, no.22, pp. 178-189. (in Russian). http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62417

Elliott R. Cast Iron Technology. London, Boston, Singapore, Sydney, Toronto, Wellington. Butterworths, 1988. 244 p.Available at: http://trove.nla.gov.au/work/13611346?selectedversion=NBD5646233

Takahashi M., Bhadeshia H. K. D. H. A Model for Transition from Upper to Lower Bainite. Mat. Sci. and Tech., 1990. Vol. 6, pp. 592-603. Available at: http://www.maneyonline.com/doi/abs/10.1179/mst.1990.6.7.592


Пристатейна бібліографія ГОСТ


ДСТУ 3925 – 99. Чавун з кулястим графітом для виливків. Марки. – [Введ. 2000–07–01]. – Київ : Держ. ком. стандартизації, метрології та сертифікації України, 1999. – 25 с. – Режим доступу: http://www.ukrndnc.org.ua/index.php?option=com_ushop&Itemid=69&grp=1054&pgrp=1063&lstdssu=1065
 
Влияние температуры изотермической выдержки при аустемперинге на механические свойства высокопрочного чугуна / К. И. Узлов, А. Н. Хулин, Ж. А. Дементьева [и др.] // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии : сб. науч. тр. / НАН Украины , Ин-т чер. металлургии им. З. И. Некрасова. – Днепропетровск, 2008. – Вып. 18. – С. 175-178.– Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62720

 
ГОСТ 5639 – 82. Стали и сплавы. Методы выявления и определения величины зерна. – Введ. 1983–01–01. – Москва : Гос. стандарт СССР, 1982. – 38 с.– Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml
 
ГОСТ 3443 – 87. Отливки из чугуна с различной формой графита. Методы определения структуры. – Введ. 1988–07–01. – Москва : Гос. стандарт СССР, 1987. – 43 с. – Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml
 
ГОСТ 1497–84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – Введ. 1986–01–01. – Изд. офиц. – Москва : Гос. стандарт СССР, 1985. – 23 с. – Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml
 
ГОСТ 9454 – 78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах. – Введ. 1979–01–01. – Москва : Гос. комиздат, 1980. – 11 с. – Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml
 
ГОСТ 9012 – 59. Металлы. Метод измерения твердости по Бринеллю. – Введ. 1960–01–01. – Москва : Гос. комитет СССР по стандартам, 1960. – 40 с. – Режим доступа: http://vsegost.com/Catalog/30/30103.shtml
 
ДСТУ ГОСТ 8.381:2008. ГСИ. Эталоны. Способы выражения погрешности. Введ. 2008–10–01. – К. : Госпотребстандарт, 2008. – 11 с.  Режим доступа: http://www.ukrndnc.org.ua/index.php?option=com_ushop&Itemid=69&grp=237&pgrp
 
Дэниел Н. Применение статистики в промышленном эксперименте / Н. Дэниел. – Москва : Мир, 1979. – 299 с. – Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/604320/
 
Карташев А. П. Математический анализ / А. П. Карташев, Б. Л. Рождественский. – Москва : Наука, 1984. – 448 с. – Режим доступа: http://www.mate.oglib.ru/bgl/3247.html
 
Курдюмов Г. В. Превращения в железе и стали / Г. В. Курдюмов, Л. М. Утевский, Р. И. Энтин. – Москва : Наука, 1977. – 236 с.– Режим доступа: http://www.twirpx.com/file/1051184/
 
Промышленное освоение технологии аустемперинга чугунов с шаровидным графитом на предприятии             «А. Стаки-Рейл» / К. И. Узлов, А. Н. Хулин, Ж. А. Дементьева [и др.] // Металлургическая и горнорудная промышленность. – 2006. – № 4. – С. 79-81. – Режим доступа: http://www.metaljournal.com.ua/mgp-04-2006/
 
Нестеренко А. М. Рентгеноструктурный анализ бейнитной структуры чугунов с шаровидным графитом после аустемперинга в интервале температур сдвигово-диффузионного превращения / А. М. Нестеренко, К. И. Узлов, А. Н. Хулин // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии : сб. науч. тр. –Днепропетровск, 2010. – Вып. 22. – С. 178 – 189. – Режим доступа: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62417
 
Elliott , R. Cast Iron Technology / R. Elliott. - London, Boston, Singapore, SydneyToronto, Wellington : Butterworths, 1988. – 244 p. – Режим доступа: http://trove.nla.gov.au/work/13611346?selectedversion=NBD5646233
 
Takahashi M. A Model for Transition from Upper to Lower Bainite / M. Takahashi, H. K. D. H. Bhadeshia  // Mat. Sci. and Tech. – 1990. – Vol. 6, № 7. – P. 592-603. – Режим доступа: http://www.maneyonline.com/doi/abs/10.1179/mst.1990.6.7.592