Новикова Н.С., к.т.н. Морозова Е.А., д.т.н. Муратов В.С.

Самарский государственный технический университет, Россия

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСА МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ДОЛОТНОЙ СТАЛИ 19ХГНМА

         Проведены сравнительные исследования комплекса механических свойств стали 19ХГНМА в соответствии с требованиями российских технических условий ТУ 3-102-80 и американской спецификации на долотные стали.

         По американской спецификации (АС) образцы, вырезанные из исходного проката, подвергаются следующей термической обработке: нагрев до 954±10°С, выдержка 4 часа, медленное охлаждение, закалка от 829±10°С, выдержка в течение 2 часов, охлаждение в масле, отпуск при 191±15°С с выдержкой  в течение 4 часов с охлаждением на воздухе. Реализуется, таким образом, на первой стадии обработки ложная цементация стали.

         По российским ТУ вид термической обработки следующий: 1-ая закалка 890±10°С, выдержка в течение 1 часа, охлаждение в масле, 2-ая закалка 810±10°С, выдержка в течение 1 часа, охлаждение в масле, отпуск при 185±15°С в течение 1,5 часов, охлаждение на воздухе. Реализуется, таким образом, двойная закалка стали.

         В работе исследована сталь завода-изготовителя ЗАО ВМЗ "Красный Октябрь", г. Волгоград (ЗАО ВМЗ "КО"). В таблице 1 приведен химический состав, используемых в эксперименте плавок стали. В таблицах 2 и 3 представлены усредненные значения и некоторые соотношения механических свойств. Обозначения "поп." и "пр." означают, что соответствующая характеристика свойств определена либо в поперечном, либо в продольном направлении прутка.

         Анализ данных таблицы 3 показал, что для обеих плавок уровень твердости после ложной цементации несколько ниже, чем после двойной закалки. Вместе с тем предел прочности и относительное удлинение после термообработки по ТУ и АС практически одинаковы. Предел текучести и относительное сужение после ложной цементации немного выше: соответственно на 3 - 8 и 5 – 8%. При этом соотношение s0,2/sв составляет 0,86 – 0,91 после ложной цемента-

Таблица 1

Химический состав стали 19ХГНМА

№

Содержание компонентов, %

плавки

С

Si

Mn

Cr

Ni

Cu

S

P

Al

Mo

Ti

V

1

0,2

0,25

0,89

0,6

0,61

0,19

0,005

0,011

0,033

0,24

0,02

0,013

2

0,21

0,26

0,93

0,61

0,58

0,23

0,006

0,015

0,031

0,25

0,02

0,013

 

ции и немного снижается до 0,82 – 0,86 после двойной закалки.

         Ударная вязкость после ложной цементации, как правило, ниже, чем после двойной закалки. Падение значений ударной вязкости (таблицы 2, 3) составляет:

1) в образцах с поперечным направлением волокна по сравнению с продольным:

- при U-образном надрезе после ложной цементации на 53 – 65%, а после двойной закалки на 35 – 56%;

- при V-образном надрезе после ложной цементации на 43 – 66%, а после двойной закалки на 39 – 57%.

2) при изменении формы надреза образцов с U-образной на V-образную:

- в продольных образцах после ложной цементации на 31 – 32%, а после двойной закалки на 17 – 38%;

- в поперечных образцах после ложной цементации на 19 – 33%, а после двойной закалки на 18 – 42%.

         Таким образом, в среднем по двум плавкам (таблица 3) замена двойной закалки по ТУ на ложную цементацию по АС сопровождается некоторым уменьшением твердости (до 2,5 HRC), повышением предела текучести (на 6%), увеличением относительного сужения (на 7%), повышением отношения s0,2/sв (на 5%) при неизменном уровне предела прочности и относительного удлине-

Таблица 2

Усредненные данные по механическим свойствам стали 19ХГНМ по каждой плавке

Термо-

Механические свойства

обработка

KCUпр,

МДж/м2

HRCпр

KCUпоп,

МДж/м2

HRCпоп

KCVпр,

МДж/м2

HRCпр

KCVпоп,

МДж/м2

HRCпоп

s0,2,

МПа

sв,

МПа

d,

%

y,

%

s0,2/

sв

KCU

поп/пр

KCV

поп/пр

KCV/

KCU

пр

KCV/

KCU

поп

Плавка 1 диаметром 110 мм

По АС

1,64

28,7

0,58

31,7

1,14

26,7

0,38

30,7

967

1074

14,5

59,5

0,91

0,35

0,33

0,70

0,66

По ТУ

1,40

27,5

0,71

31,7

1,30

29,5

0,46

30,5

903

1050

15,5

56,5

90,86

0,51

0,35

0,93

0,82

АС-ТУ

0,24

1,20

-0,13

0,00

-0,16

-2,80

-0,08

0,20

73

24

-1,00

3,00

-

-

-

-

-

АС/ТУ

1,17

1,04

0,82

1,00

0,88

0,91

0,83

1,01

1,08

1,02

0,94

1,05

0,95

0,69

0,94

0,75

0,81

Плавка 2 диаметром 110 мм

По АС

1,67

23,0

0,79

27,3

1,13

25,7

0,64

26,3

765

888

18,0

60,0

0,86

0,47

0,57

0,68

0,81

По ТУ

1,81

28,8

1,18

27,0

1,12

26,7

0,69

27,9

746

907

17,5

56,0

0,82

0,65

0,62

0,62

0,58

АС-ТУ

-0,14

-5,80

-0,39

0,30

0,01

-1,00

-0,05

-1,60

19

-19

0,50

4,50

-

-

-

-

-

АС/ТУ

0,92

0,80

0,67

1,01

1,01

0,96

0,93

0,94

1,03

0,98

1,03

1,08

0,95

0,72

0,92

1,10

1,39

 

 

Таблица 3

Усредненные данные по механическим свойствам стали 19ХГНМА по двум плавкам

Термо-

Механические свойства

обработка

KCUпр,

МДж/м2

HRCпр

KCUпоп,

МДж/м2

HRCпоп

KCVпр,

МДж/м2

HRCпр

KCVпоп,

МДж/м2

HRCпоп

s0,2,

МПа

sв,

МПа

d,

%

y,

%

s0,2/

sв

KCU

поп/пр

KCV

поп/пр

KCV/

KCU

пр

KCV/

KCU

поп

По АС

1,66

25,9

0,69

29,5

1,14

26,2

0,51

28,5

871

981

16,3

59,8

0,89

0,41

0,45

0,69

0,75

По ТУ

1,61

28,2

0,95

29,4

1,21

28,1

0,58

29,2

824

979

16,5

56,0

0,84

0,58

0,49

0,78

0,67

АС-ТУ

0,05

-2,30

-0,26

0,15

-0,08

-1,90

-0,06

-0,70

45

2

-0,2

3,8

-

-

-

-

-

АС/ТУ

1,03

0,92

0,72

1,01

0,94

0,93

0,89

0,98

1,06

1,00

0,98

1,07

1,06

0,71

0,093

0,89

1,11

 

 

ния и пониженной (на 4 – 28%) ударной вязкости. Вместе с тем, ложная цементация по сравнению с двойной закалкой более заметно уменьшает ударную вязкость при изменении направления волокна с продольного на поперечное при U- на V-образном надрезе образцов: соответственно на 25% и 12%, а при изменении формы надреза с U- на V-образную продольных образцов – на 4%. Степень уменьшения ударной вязкости поперечных образцов при изменении формы надреза в разных плавках меняется разнонаправленно: у плавки №1 вязкость падает значительнее после ложной цементации, а у плавки №2 – после двойной закалки.

         В этой связи для проведения сравнительных испытаний разных плавок в качестве термообработки предпочтительно применять ложную цементацию в соответствии с АС.

         В перечень стандартных испытаний входного качества металла целесообразно ввести определение ударной вязкости на образцах с продольным и поперечным волокном при V-образном надрезе как более информативного метода, характеризующего сопротивление материала распространению трещин. По результатам исследования плавки №2 ЗАО ВМЗ "КО" получено, что ударная вязкость поперечных образцов с U-образным надрезом после двойной закалки почти в 2 раза больше минимально допускаемого значения по ТУ, а ударная вязкость поперечных образцов с V- образным надрезом после ложной цементации больше минимально допустимого значения по АС в среднем только на 15%.