Заблоцкий В. К., Фельдман В.Е.

Донбасская государственная машиностроительная академия

ОСОБЕННОСТИ ВЫБОРА РЕЖИМОВ ЗАКАЛКИ ГРЕБНЫХ ВАЛОВ ИЗ СТАЛИ М27

В работе [1] показано, что температура закалки доэвтектоидных сталей должна назначаться в пределах А_С3±10°С, что обусловлено необходимостью сохранения мелкого зерна аустенита. Для стали М27 (0,3% углерода), применяемой для гребных валов, температура закалки должна назначаться, исходя из этой концепции, в пределах 800…820°С. Однако, в производственных условиях, с учетом массы изделий, допускают более высокий нагрев при температуре 880…900°С. В связи с этим, изучали рост зерна при нагреве на образцах, вырезанных из крупных заготовок. В таблице 1 приведены данные исследований величины зерна в соответствии с ГОСТ5639-65. Особенность методики исследования величины зерна заключалась в том, что склонность зерна аустенита к росту изучали методом науглероживания с последующей статистической обработкой.

Таблица 1

Изменение величины зерна при нагреве стали М27

Температура изотермической выдержки, °С	900	950	1000	1050	1100	1200
Балл зерна	9	9	9	9	5	4

Характерной особенностью стали М27 является то, что при нагреве выше А_С3 в ней проявляется способность к сохранению мелкого зерна в широком диапазоне температур нагрева, применяемых в промышленности.

При разработке режимов окончательной термообработки полученных поковок исходили из того, что высокий комплекс механических свойств сталь М27 получает после термического улучшения (закалки в воде и отпуске при температуре 640…650°С). Но представляло интерес изучить свойства разработанной стали в крупных сечениях и после более "мягкой" термообработки ‑ нормализации. При этом учитывали известные представления о том, что сталь нормализованная проявляет меньшую чувствительность к концентрации напряжений и к неблагоприятному проявлению масштабного эффекта. Кроме того, как более "мягкая" операция по сравнению с закалкой в воде, нормализация создает меньшую опасность для возникновения трещин, поводок и других особенностей ‑ спутников закалки в воде, особенно поковок большой массы.

Назначая режим закалки, учитывали следующее. Наиболее высокий комплекс служебных свойств сталь М27 получает после закалке в воде с последующим отпуском. Однако охлаждение в воде такой массивной длинномерной поковки вызывало следующие опасения:

- вероятность образования трещин из-за высокой скорости охлаждения;

- возможность получения разных служебных свойств на обоих концах длинномерной заготовки, т.к. при погружении в закалочный бак поковки длиной 12м конец вала, погруженный последним, может существенно "потерять" температуру и закалка этой части вала может оказаться менее эффективной.

С целью устранения таких неблагоприятных обстоятельств предложили новую технологию закалки длинномерных валов, заключающуюся в нагреве до температур аустенитизации при 890..910°С, выдержке при этой температуре и охлаждении ‑ сначала путем погружения и выдержки в течение заданного времени в воде, извлечения из нее, а затем ‑ погружения в масло и охлаждения в нем до заданной температуры. Отличие от традиционно применяемых режимов состояло в том, что с целью обеспечения равномерных служебных свойств по длине поковки, погружение ее в воду и извлечение из нее осуществлялось концом с меньшим содержанием легирующих элементов вниз со скоростью 0,03-0,04 м/с. При этом выдержку в воде проводили в течение 10 мин, а охлаждение в масле ‑ до температуры 100…150°С. Такая технология и была реализована при закалке поковок. Как показали последующие исследования, разработанная технология закалки оказалась эффективной и вполне приемлемой для термообработки длинномерных валов. Разработанный способ термообработки защищен авторским свидетельством [2].

Отметим одну особенность термообработки поковки. Эта операция произведена в новой термической печи, разработанной ВНИПИ "Теплопроект". Печь термическая с выкатным подом представляет собой прямоугольную камеру, стены, торцевые и сводовые панели которой футерованы тремя слоями плит из волокнистых материалов. Топливосжигающие горелки, работающие на природном газе, обеспечивают равномерный нагрев печного пространства. Изделие устанавливается в печи на подставках высотой 600 мм. Охлаждение садки производится вентиляторным воздухом, который поступает в печь через специальные сопла, расположенные в шахматном порядке. Созданная конструкция обеспечивает равномерное охлаждение садки с заданной скоростью. Расход воздуха в режиме охлаждения ‑ 60000 м³/ч.

Такой "принудительной" нормализации была подвергнута поковка. Охлаждение производилось в печи, но фактически ‑ это режим нормализации, когда поковка охлаждалась в потоке вентиляторного воздуха.

Таким образом, промышленные исследования показали, что на всех стадиях предварительной и окончательной термообработки длинномерных поковок сталь М27 проявила достаточную технологичность при одновременном обеспечении требуемого комплекса механических свойств.

Литература

1. В.К. Заблоцкий, В.Е. Фельдман / Формирование аустенитной структуры при нагреве доэвтектоидных сталей// Вестник Донбасской государственной машиностроительной академии.- Краматорск, 2006.-2(4).-С.138-142.

2. Фельдман В.Е., Филимонов Г.Н., Осминин Б.А., Кривошеев В.П., Алексеенко В.Т., Виноградская А.А., Кагало В.В. Способ термической обработки длинномерных изделий типа валов. / А.С. (СССР) ‑ положительное решение по заявке 4931572/02 (035665) от 17.01.92.