Спосіб визначення механічних властивостей сталі

Спосіб визначення механічних властивостей сталі, що включає визначення хімічного складу сталі, вимірювання температури сталі при її кристалізації, проведення термічної обробки сталі та отримання розрахункових характеристик властивостей за заздалегідь складеними рівняннями регресії, який відрізняється тим, що в процесі термічної обробки додатково вимірюють температури: нагріву сталі, закінчення утворення аустеніту при нагріві сталі, його розпаду при охолоджені сталі, перегріву над температурою закінчення формування аустеніту, визначають кількість розчинених елементів і вміст вторинних фаз в аустеніті при температурі нагріву сталі і у фериті при температурі закінчення розпаду аустеніту, значення показників включають в заздалегідь складені рівняння регресії, по яких визначають розрахункові характеристики механічних властивостей. Винахід відноситься до способів дослідження хімічних і фізичних властивостей речовин, зокрема до неруйнуючого контролю механічних властивостей сталі. Відомі способи визначення якості термічне оброблених виробів, які включають термічну обробку виробів, вирізування проб з цих виробів або спеціального припуску на певній відстані від поверхні з подальшим дослідженням їх властивостей після всіх перетворень, яких зазнав цей виріб в процесі його виготовлення і термічної обробки [Ю. А. Башнин "Термическая обработка крупних деталей". М.: Металургия, 1973. с.34-35; А. с. СРСР №263251, С21D1/54, 1968; A.c. CPCP №802839, G01N1/28, C21 D 9/22, бюл. 1981 №5]. Складність цих способів полягає в тому, що для кожного виробу з різним перетином необхідно виготовити зразок і окрему обойму або тільки зразок, що вставляється в технологічний отвір, та має різні умови нагріву і охолоджування, що приводить до недостатньої достовірності результатів дослідження властивостей зразків, викликаної тим, що практич но важко забезпечити однакові умови нагріву і охолоджування виробу і зразка або обойми із зразком з причини нерівномірності температурного поля в термічній печі, змін температури охолоджуючого середовища та інших чинників. Відомий також спосіб контролю механічних властивостей виробів з феромагнітних матеріалів, який полягає в тому, що виріб намагнічують у магнітному полі, вимірюють величину напруженості перемінного магнітного поля, а контрольовані параметри визначають за величиною залишкової магнітної індукції [М. Н. Михеев и др. Неразрушающий магнитный контроль закаленных и отпущенных изделий из низколегированных конструкционных и простых углеродистых сталей. "Дефектоскопия", 1977 №6, с, 13-18; а.с. СРСР №728068, кл. G01N27/80, 1974; а.с. СРСР №930099, кл. G01N27/80, 1982, бюл. №19.] Відомий також неруйнуючий спосіб визначення механічних властивостей сталі, що полягає у визначенні хімічного складу сталі, вимірюванні температури та електроопору при кристалізації і (19) UA (11) 76335 (13) (21) 20041008185 (22) 08.10.2004 (24) 17.07.2006 (46) 17.07.2006, Бюл. №7, 2006р. (72) Афтанділянц Євген Григорович, Зазимко Оксана Володимирівна, Лопатько Костянтин Григорович (73) НАЦІОНАЛЬНИЙ АГРАРНИЙ УНІВЕРСИТЕТ (56) UA, 6146, U, 15.04.2005 SU, 1260790, A1, 30.09.1986 UA, 61457, 17.11.2003 SU, 802839, 25.02.1981 SU, 708795, 15.09.1982 SU, 1826051, A1, 07.03.1993 SU, 930099, 23.05.1982 SU, 728068, 07.06.1981 US, 4719583, 12.01.1988 JP, 59006328, 13.01.1984 Ю.А. Башинин. Термическая обработка крупных деталей.- М.: Металургия, 1973. с.34-35 C2 1 3 76335 4 після кристалізаційних процесах в сталі, аналізі надію (qVNa)), яка не розчинилася в аустеніті викривих електроопору і температури та отриманні значали при різному перегріві (dtc) над температурозрахункових характеристик механічних властирою закінчення утворення аустеніту (tас3), який востей по заздалегідь складеним рівнянням регревизначали як різницю між температурою нагріву сії, що враховують зміну хімічного складу і пара(ta) і tac3 dtc = ta-tac3. метрів, отриманих на основі аналізу кривих Температуру нагріву (ta) змінювали від 850 до електроопору і температури [а. с. СРСР 1100°С, що практично повністю охоплює діапазон №1260790, МПК4 G01N25/02, опубл. бюл. №36, температур, які використовують у процесах термі1986р. - прототип]. чної обробки сталей. Вміст елементів (вуглець Проте цим способом не можна достовірно і з (Cf), марганець (Mnf), хром (Crf), кремній (Sf), вадостатньою точністю визначати вплив різних ренадій (Vf), азот (Nf)) у фериті і вторинних фаз, які жимів і видів термічної обробки на механічні власвиділилися у фериті (нітридованадієва (qVNf) і тивості сталей, тому що вимірювання і аналіз тількарбідна (qK)), визначали при температурі закінки хімічного складу сталі, температури і чення розпаду аустеніту (tar1) при охолодженні. електроопору при кристалізації і після кристалізаМеханічні властивості сталей (по ДСТ 1497-84, ційних процесах в сталі, не дають можливості дос9454-78) визначали після нормалізації від 850 до товірно оцінювати чинники, які визначають механі1100°С і шляхом множинного кореляційного аналічні властивості сталі при термічній обробці, а зу будували регресійні моделі впливу основних саме: величину перегріву над температурою закінструктурних показників (розглянутих вище) на фочення формування аустеніту, ступінь легування рмування механічних властивостей сталей, які для твердого розчину аустеніту і фериту, а також вміст імовірності 95% мають наступний вигляд: в них карбідів і нітридних фаз. Без урахування цих Межа міцності (МПа) чинників, що визначають процес формування меB =1410+284,1(C+Na)-9289(S+P)ханічних властивостей сталі, не можуть бути 2,485(C+Na)*dtcотримані достовірні рівняння регресії, які дозво-65,63qк+5,095*qVNf(Cf+Nf)+1,362*10ляють з мінімальною погрішністю визначати меха3 *dtc(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)нічні властивості сталей після різних режимів і ви-3,957*10-3dtc*qк*qVNf(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf) дів термічної обробки. R=0,759; =1,95%; F7/72=14,02>Fт0,05=1,9 Винаходом ставиться завдання підвищити тоМежа текучості (МПа) чність і прискорити процес визначення механічних =592-50,71(Si+Mn+Cr+Va)+ B властивостей сталі. Поставлене винаходом завдання досягається 203,7(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)тим, що у способі визначення механічних власти-4130(C+Na)(S+P)(Si+Mn+Cr+Va)востей сталі, що включає визначення хімічного 87,53*qк+132(C+Na)(S+P)* складу сталі, вимірювання температури і отриман*(Si+Mn+Cr+Va)dtc*qVNa+l 51,8(Si+Mnf+Crf+Vf)ня розрахункових характеристик властивостей, за 196,8qvNf*qк+ заздалегідь складеними рівняннями регресії, згід+6,417*10-4(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)qvNf*qк*dtc, но винаходу в процесі термічної обробки додаткоR=0,889; =3,1%; F8/71=33,59>Fт0,05=2,3 во вимірюють, температури нагріву сталі, закінВідносне подовження (%) чення утворення аустеніту при нагріві і розпаду =30,1+1,28(Si+Mn+Cr+Va)при охолоджуванні, перегрів над температурою 7,983(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)-0,3664*dtc+ закінчення формування аустеніту, визначають +8,782(C+Na)(S+P)dtcкількість розчинених елементів і вміст вторинних 4,314(Mnf+Crf+Vf+Si)+0,02081(Cf+Nf)* фаз в аустеніті при температурі нагріву і у фериті *(Si+Mnf+Crf+Vf)+0,2682*qк(Si+Mnf+Crf+Vf)+0,0288 при температурі закінчення розпаду аустеніту, *(Si+Mnf+ значення показників включають в заздалегідь +Crf+Vf)dtc+0,0576*qк*dtc-8,061*10-3*qк(Cf+Nf)* складені рівняння регресії, по яких визначають *(Si+Mnf+Crf+Vf)+9,18*10-2qк*qVNf*dtc, розрахункові характеристики механічних властиR=0,904; =1,8%; F11/68=27,7>Fт0,05=2,3 востей. Відносне звуження (%) Приклад реалізації способу. =69,4-18,33(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)В плавильній печі виплавляли сталі, після ро79,17(S+P)(Si+Mn+Cr+Va)зливання яких визначали вміст у них таких основ0,4384*dtc+5,074*dtc(S+P)+258,2(C+Na)(Si+Mn+Cr+ них елементів як вуглець, кремній, марганець, Va)(S+P)хром, сірка, фосфор, азот і ванадій (ДСТ 7565 - 81, 5,703*(Si+Mnf+Crf+Vf)+0,5291*qк(Si+Mnf+Crf+Vf)+0, 12344 -78 - 12365 - 84). На основі плану повного 04738* експерименту було виплавлено 80 марок сталей з *qк(Cf+Nf)+0,03717*qк*dtc-8,132*10таким вмістом елементів: С до 0,41%; Si до 3,74%; 3 qк(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)+ Мn до 3,51%; V до 0,33%; Сr до 3,52%; S = 0,012+0,2864*qVNf-qк*dtc, 0,039%; P = 0,004-0,025%; N = 0,009-0,043%. R=0,924; =1,24%;F11/68=36,01> Fт0,05=2,3 Із сталей виготовлялися зразки і в процесі діУдарна в'язкість (МДж/м2) латометричного аналізу визначалися температури KCU=1,22-0,0664(Si+Mn+Cr+Va)-2,457(C+Na)початку і закінчення утворення аустеніту при на13,76(S+P)+ гріві (tас1, tас3) і його розпаду при охолодженні (tar3, +0,2369(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)+1,556(S+P)(Si+Mn+ tar1). Cr+Va)+ Вміст елементів (азот (Na) і ванадій (Va)) розчинених в аустеніті і вторинної фази (нітриди ва 5 76335 6 +53,67(C+Na)(S+P)+0,01562(C+Na)dtc-4,913*10відносне подовження =27,9%, відносне звуження 3 *dtc+ =47,1%, ударна в'язкість =0,49МДж/м2. +0,124(S+P)dtc+28,31(S+P)qVNaЗначення механічних властивостей сталі, ви5,529(C+Na)(S+P)(Si+Mn+ значених за способом викладеним у прототипі, +Cr+Va)-0,4229(C+Na)(S+P)dtcтобто без урахування структурних показників згід91,93(C+Na)(S+P)qVNaно способу, що заявляється, наступні: межа міцно-0,06272(Si+Mnf+Crf+Vf)+1,962*10сті =977МПа, межа текучості =596МПа, відносне 3 qк*(Si+Mnf+Crf+Vf)подовження =21,9%, відносне звуження =55,1%, -1,71*10-6(Cf+Nf)+0,4247*qк*qVNf-1,078*10-4*qк*dtс+ ударна в'язкість =0,51МДж/м2. -7 +6,384*10 (Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)dtc, Видно, що відхилення значень механічних властивостей, визначених за способом, що заявR=0,755; =1,9%; F19/60=4,19>Fт0,05=1,9, ляється, від експериментальних даних складає (по де R - коефіцієнт множинної кореляції, абсолютному значенню) для: межі міцності 4,4%, - середня похибка апроксимації (тобто семежі текучості 6,0%, відносного подовження 5,3%, реднє відхилення розрахованих значень від ексвідносного звуження 3,7%, ударної в'язкості 2,1%. периментальних), Відхилення значень механічних властивостей, Fn/m, Fт0,05 - розрахунковий і табличний критевизначених за способом запропонованим у проторій Фішера, відповідно. типі від експериментальних даних складає для: Аналіз отриманих рівнянь дозволяє визначати межі міцності 44,8%, межі текучості 23,4%, відносмеханічні властивості сталі при різних режимах ного подовження 17,4%, відносного звуження термічної обробки з підвищеною точністю і оптимі21,4%, ударної в'язкості 6,3%. зувати процес виробництва сталі з метою отриІстотними відмінностями винаходу є: мання ефективного поєднання характеристик міц- вимірювання температур нагріву при термічності і пластичності, при мінімальній витраті ній обробці, закінчення утворення аустеніту при легуючих елементів. нагріві і розпаду при охолодженні; Приклад визначення механічних властивостей - визначення величини перегріву сталі над тесталі, яка містить 0,21%С; 1,15%Si; 1,0%Мn; мпературою закінчення формування аустеніту; 1,0%Cr; 0,09%V; 0,028%S; 0,025%P; 0,014%N піс- визначення вмісту елементів і вторинної фаля нормалізації від 950°С. зи в аустеніті при температурі нагріву; Значення механічних властивостей сталі, ви- визначення вмісту елементів і вторинних фаз значених експериментальне на зразках по ДСТ у фериті при температурі закінчення розпаду аус1497-84, 9454-78 наступні: межа міцності теніту; =675МПа, межа текучості =483МПа, відносне по- розрахунок механічних властивостей за рівдовження =26,5%, відносне звуження =45,4%, 2 няннями регресії, що містять, як незалежні змінні: ударна в'язкість =0,48МДж/м . перегрів сталі над температурою закінчення форЗначення структурних параметрів і механічних мування аустеніту, вміст елементів і вторинної властивостей сталі, визначених по запропоновафази в аустеніті при температурі нагріву і у фериті ному методу наступні: при температурі закінчення розпаду аустеніту. tac3=834°С; Na=0,0096%; Va=0,074%; Застосування запропонованого способу виqVNa=0,0203%; dtc=116°С; значення механічних властивостей сталі забезпеCf=0,011%; Mnf=0,948%; Crf=0,683%; чить у 3-10 разів більш високу точність визначення Vf=0,009%; Nf=0,0027%; qVNf=0,0446%; qк=4,14%; показників, ніж прототип і прискорить процес вимежа міцності =645МПа, межа текучості = 454МПа, значення механічних властивостей. Комп’ютерна верстка М. Клюкін Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601