Исследование влияния термообработки на ударную вязкость стали 19ХГНМА

Размещено на http://www.Allbest.ru/

Самарский государственный технический университет

Исследование влияния термообработки на ударную вязкость стали 19ХГНМА

Татьяна М.П. - к.т.н, доцент

Ю.Б. Соловьева - студентка

А.В. Клименко - аспирант

г. Самара

Аннотация

Выполнен анализ влияния двойной закалки и ложной цементации, направления волокна и формы надреза образцов на ударную вязкость долотной стали 19ХГНМА производства ОАО «МЗ «Ижсталь», ОАО «МЗ «Электросталь», ОАО «ОЭМК», ОАО «МЗ «Красный Октябрь». Установлено, что реализация ложной цементации вместо двойной закалки может уменьшать значения ударной вязкости на 4-8%, изменение продольного волокна на поперечное - от 10 до 65%, изменение U-образного надреза на V-образный - от 16 до 50%. Рекомендовано для повышения качества на входном контроле проката долотных сталей определять ударную вязкость на образцах Шарпи с продольным и поперечным расположением волокна.

Ключевые слова: долотная сталь, двойная закалка, ложная цементация, направление волокна, форма надреза образца.

Для изготовления лап шарошечных буровых долот в конце 70-х годов прошлого столетия была разработана сталь 19ХГНМА (ТУ 3-102-80). Она являлась аналогом стандартной зарубежной стали SAE-AISI 4620-4720, которая применялась и применяется до настоящего времени для лап буровых долот различными фирмами.

Буровые долота работают в чрезвычайно тяжелых условиях: при высоких напряжениях, ударном характере нагружения, в высокоабразивной и коррозионной среде. Для обеспечения требуемых эксплуатационных свойств лапы и шарошки буровых долот подвергают химико-термической обработке - цементации.

К прокату долотных сталей предъявляют достаточно жесткие требования. При входном контроле металл проката проверяют на соответствие техническим условиям, в которых регламентированы химический состав, макро- и микроструктура, механические и технологические свойства.

Несмотря на то, что реальной термической обработкой деталей буровых долот является цементация, для определения механических свойств заготовки образцов, вырезанные из проката, подвергают двойной закалке. В то же время в соответствии с американскими техническими условиями для этих целей проводят ложную цементацию, при которой имитируют температурный режим химико-термической обработки, но на этапе цементации не применяют науглероживающую среду.

В этой связи была поставлена цель - провести сравнительный анализ ударной вязкости (при разном направлении волокна и типе образцов - Менаже, Шарпи) после двойной закалки и ложной цементации (как процесса, более точно моделирующего реальную термическую обработку лап буровых долот) для повышения эффективности входного контроля качества проката из стали 19ХГНМА.

Методика исследования. Для исследования была выбрана ударная вязкость как наиболее структурно чувствительная характеристика.

Ударную вязкость определяли в соответствии со стандартной методикой по ГОСТ 9454 на образцах типа 1 (образец Менаже) и 11 (образец Шарпи) соответственно с U- и V-образной формой надреза при продольном и поперечном направлении волокна. Заготовки для образцов - бруски с размером сторон поперечного сечения 25Ч25 мм - подвергали следующим термическим обработкам:

- двойной закалке (ДЗ) от 890 и 810°С с выдержкой в течение 1 часа и охлаждением в масле и отпуску при 185°С с выдержкой в течение 1,5 час. с охлаждением на воздухе (по ТУ 3-102-80);

- ложной цементации, включающей нагрев до 945°С с изотермической выдержкой в течение 4 часов и охлаждением на воздухе; закалке от 829°С с выдержкой в течение 2 часов и охлаждением в масле; отпуску при 191°С с выдержкой в течение 4 часов и охлаждением на воздухе (по американским требованиям к сталям-аналогам).

Для контроля идентичности проводимой термической обработки перед проведением ударного испытания измеряли твердость образцов.

Было изучено 12 плавок стали 19ХГНМА производства ОАО МЗ «Ижсталь», ОАО «МЗ «Электросталь», ОАО «ОЭМК», ОАО «МЗ «Красный Октябрь». Марочный состав стали приведен в табл. 1.

Таблица 1

Массовая доля элементов марочного состава, %

Результаты исследования и их анализ

Контроль твердости (табл. 2) показал, что уровень твердости у плавок разных заводов-изготовителей меняется от 20 до 29 HRC для продольного направления волокна и от 19 до 28 HRC для поперечного направления волокна, при этом не имеет значения естественная форма надреза, однако при ДЗ формируются чуть более высокие показатели твердости по сравнению с ЛЦ. Это может быть связано с более дисперсной микроструктурой стали после ДЗ.

Таблица 2

Твердость (HRC) различных заводов-изготовителей после двойной закалки