Спосіб визначення механічних властивостей сталі

Спосіб визначення механічних властивостей сталі, що включає визначення ХІМІЧНОГО складу сталі, вимірювання температури і отримання розрахункових характеристик властивостей, за заздалегідь складеними рівняннями регресії, який від Корисна модель відноситься до способів дослідження ХІМІЧНИХ і фізичних властивостей речовин, зокрема до неруйнуючого контролю механічних властивостей сталі ВІДОМІ способи визначення якості термічно 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, C21D1/54, 1968, А с СРСР №802839, G01N1/28, C21D9/22, 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 практично 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 маг різняється тим, що в процесі термічної обробки додатково вимірюють температури нагріву сталі, закінчення утворення аустеніту при нагріві і розпаду при охолоджуванні, перегрів над температурою закінчення формування аустеніту, визначають КІЛЬКІСТЬ розчинених елементів і вміст вторинних фаз в аустеніті при температурі нагріву і у фериті при температурі закінчення розпаду аустеніту, значення показників включають в заздалегідь складені рівняння регресії, по яких визначають розрахункові характеристики механічних властивостей нітному 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 G01 N27/80, 1974, а с СРСР №930099, кл G01 N27/80, 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 після кристалізаційних процесах в сталі, аналізі кривих електроопору і температури та отриманні розрахункових характеристик механічних властивостей по заздалегідь складеним рівнянням регресії, що враховують зміну ХІМІЧНОГО складу і параметрів, отриманих на основі аналізу кривих електроопору і температури [а с СРСР №1260790, МПК4 G01 N25/02, опубл бюл №36, 1986р - прототип] Проте цим способом не можна достовірно і з достатньою точністю визначати вплив різних режимів і видів термічної обробки на механічні властивості сталей, тому що вимірювання і аналіз тільки ХІМІЧНОГО складу сталі, температури і електроопору при кристалізації і після кристалізаційних процесах в сталі, не дають можливості до со CD CD О) 6146 стовірно оцінювати чинники, які визначають механічні властивості сталі при термічній обробці, а саме: величину перегріву над температурою закінчення формування аустеніту, ступінь легування твердого розчину аустеніту і фериту, а також вміст в них карбідів і нітридних фаз. Без урахування цих чинників, що визначають процес формування механічних властивостей сталі, не можуть бути отримані достовірні рівняння регресії, які дозволяють з мінімальною погрішністю визначати механічні властивості сталей після різних режимів і видів термічної обробки. Корисною моделлю ставиться завдання підвищити точність і прискорити процес визначення механічних властивостей сталі. Поставлене корисною моделлю завдання досягається тим, що у способі визначення механічних властивостей сталі, що включає визначення хімічного складу сталі, вимірювання температури і отримання розрахункових характеристик властивостей, за заздалегідь складеними рівняннями регресії, згідно корисної моделі, в процесі термічної обробки додатково вимірюють температури нагріву сталі, закінчення утворення аустеніту при нагріві і розпаду при охолоджуванні, перегрів над температурою закінчення формування аустеніту, визначають кількість розчинених елементів і вміст вторинних фаз в аустеніті при температурі нагріву і у фериті при температурі закінчення розпаду аустеніту, значення показників включають в заздалегідь складені рівняння регресії, по яких визначають розрахункові характеристики механічних властивостей. Приклад реалізації способу. В плавильній печі виплавляли сталі, після розливання яких визначали вміст у них таких основних елементів як вуглець, кремній, марганець, хром, сірка, фосфор, азот і ванадій [ДСТ 7565-81, 12344-78 - 12365-84]. На основі плану повного експерименту було виплавлено 80 марок сталей з таким вмістом елементів: С до 0,41 %; Si до 3,74%; Мп до 3,51%; V до 0,33%; Сг до 3,52%; S=0,012-0,039%; Р=0,004-0,025%; N=0,009-0,043%. Із сталей виготовлялися зразки і в процесі ділатометричного аналізу визначалися температури початку і закінчення утворення аустеніту при нагріві (tad, tac3) І ЙОГО рОЗПЭДу При ОХОЛОДЖЄННІ (tar3, tan). Вміст елементів (азот (Na) і ванадій (Va)) розчинених в аустеніті і вторинної фази (нітриди ванадію (qVNa)), яка не розчинилася в аустеніті визначали при різному перегріві (dtc) над температурою закінчення утворення аустеніту Оасз), який визначали як різницю між температурою нагріву (ta) і taC3 dtc=ta-taC3Температуру нагріву (ta) змінювали від 850 до 1100°С, що практично повністю охоплює діапазон температур, які використовують у процесах термічної обробки сталей. Вміст елементів (вуглець (Cf), марганець (Mnf), хром (Crf), кремній (Si), ванадій (Vf), азот (Nf)) у фериті і вторинних фаз, які виділилися у фериті (нітридованадієва (qVNf) і карбідна (qK)), визначали при температурі закінчення розпаду аустеніту (tan)Механічні властивості сталей (по ДСТ 1497-84, 9454-78) визначали після нормалізації від 850 до 4 1100°С і шляхом множинного кореляційного аналізу будували регресійні моделі впливу основних структурних показників (розглянутих вище) на формування механічних властивостей сталей, які для імовірності 95% мають наступний вигляд: Межа міцності (МПа) св =1410+284,1 (C+Na)-9289(S+P)-2,485(C+Na)*dtc-65,63qK+5,095*qVNf(Cf+Nf)+ +1,362*10"3*dtc(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)-3,957*10-3dtc*qK*qVNf(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf) R=0,759; 5=1,95%; F7/72=14,02>FT0,05=1,9 Межа текучості (МПа) ay =592-50,71 (Si+Mn+Cr+Va)+ +203,7(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)-4130(C+Na)(S+P)(Si+Mn+Cr+Va)-87,53*qK+132(C+Na)(S+P)* *(Si+Mn+Cr+Va)dtc*qVNa+ +151,8(Si+Mnf+Crf+Vf)-196,8qVNf*qK+ +6,417*10"4(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)qvNf *qK*dtc, R=0,889; 8=3,1%; F 8 /7I=33,59>FT°' 0 5 =2,3 Відносне подовження (%) 5=30,1+1,28(Si+Mn+Cr+Va)-7,983(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)-0,3664*dtc+ +8,782(C+Na)(S+P)dtc-4,314(Mnf+Crf+Vf+Si)+0,02081 (Cf+Nf)* *(Si+Mnf+Crf+Vf)+0,2682*qK(Si+Mnf+Crf+Vf)+ +0,0288*(Si+Mnf+ +Crf+Vf)dtc+0,0576*qK*dtc-8,061 *10"3*qK(Cf+Nf)* *(Si+Mnf+Crf+Vf)+9,18*10"2qK*qVNf*dtc, R=0,904; 5=1,8%; Fn/68=27,7>FTa05=2,3 Відносне звуження (%) v|/ =69,4-18,33(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)-79,17(S+P)(Si+Mn+Cr+Va)-0,4384*dtc+5,074*dtc(S+P)+ +258,2(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)(S+P)-5,703*(Si+Mnf+Crf+Vf)+ +0,5291 *qK(Si+Mnf+Crfr+Vf)+0,04738* *qK(Cf+Nf)+0,03717*qK*dtc-8,132*10'3qK(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)+ +0,2864*qVNf*qK*dtc, R=0,924; 5=1,24%; Fii/68=36,01>FT0'05=2,3 Ударна в'язкість (МДж/м2) KCU=1,22-0,0664(Si+Mn+Cr+Va)-2,457(C+Na)-13,76(S+P)+ +0,2369(C+Na)(Si+Mn+Cr+Va)+ +1,556(S+P)(Si+Mn+Cr+Va)+ +53,67(C+Na)(S+P)+0,01562(C+Na)dtc-4,913*10'3*dtc+ +0,124(S+P)dtc+28,31(S+P)qVNa-5,529(C+Na)(S+P)(Si+Mn+ +Cr+Va)-0,4229(C+Na)(S+P)dtc-91,93(C+Na)(S+P)qVNa-0,06272(Si+Mnf+Crf+Vf)+ +1,962*10"3*qK*(Si+Mnf+Crf+Vf)-1,71 *10"6(Cf+Nf)+0,4247*qK*qVNf-1,078*10'4*qK*dtc+ +6,384*10"7(Cf+Nf)(Si+Mnf+Crf+Vf)dtc, R=0,755; 5=1,9%; F19/6o=4,19>FTo'O5=1,9, де R - коефіцієнт множинної кореляції, 5 - середня похибка апроксимації (тобто середнє відхилення розрахованих значень від експериментальних), 6146 Fn/m, F T 005 - розрахунковий і табличний критерій Фішера, ВІДПОВІДНО Аналіз отриманих рівнянь дозволяє визначати механічні властивості сталі при різних режимах термічної обробки з підвищеною точністю і оптимізувати процес виробництва сталі з метою отримання ефективного поєднання характеристик МІЦНОСТІ І пластичності, при мінімальній витраті легуючих елементів Приклад визначення механічних властивостей сталі, яка містить 0,21% С, 1,15% Si, 1,0% Мп, 1,0% Сг, 0,09% V, 0,028% S, 0,025% Р, 0,014% N після нормалізації від 950°С Значення механічних властивостей сталі, визначених експериментально на зразках по ДСТ 1497-84, 9454-78 наступні межа МІЦНОСТІ =675МПа, межа текучості =483МПа, відносне подовження =26,5%, відносне звуження =45,4%, ударна в'язкість = 0 , 4 8 М Д Ж / М 2 Значення структурних параметрів і механічних властивостей сталі, визначених по запропонованому методу наступні tac3=834°C, Na=0,0096%, Va=0,074%, qVNa=0,0203%, dtc=116°C, Cf=0,011%, Mnf=0,948%, Crf=0,683%, Vf=0,009%, Nf=0,0027%, qVNf=0,0446%, qK=4,14%, межа МІЦНОСТІ =645МПа, межа текучості =454МПа, відносне подовження =27,9%, відносне звуження =47,1%, ударна в'язкість =0,49МДж/м2 Значення механічних властивостей сталі, визначених за способом викладеним у прототипі, тобто без урахування структурних показників згідно способу, що заявляється, наступні межа МІЦНОСТІ =977МПа, межа текучості =596МПа, відносне подовження =21,9%, відносне звуження =55,1%, ударна в'язкість =0,51 МДж/м2. Комп'ютерна верстка Л Литвиненко Видно, що відхилення значень механічних властивостей, визначених за способом, що заявляється, від експериментальних даних складає (по абсолютному значенню) для межі МІЦНОСТІ 4,4%, межі текучості 6,0%, відносного подовження 5,3%, відносного звуження 3,7%, ударної в'язкості 2,1% Відхилення значень механічних властивостей, визначених за способом запропонованим у прототипі від експериментальних даних складає для межі МІЦНОСТІ 44,8%, межі текучості 23,4%, відносного подовження 17,4%, відносного звуження 21,4%, ударної в'язкості 6,3% Суттєвими ВІДМІННОСТЯМИ корисної моделі є - вимірювання температур нагріву при термічній обробці, закінчення утворення аустеніту при нагріві і розпаду при охолодженні, - визначення величини перегріву сталі над температурою закінчення формування аустеніту, - визначення вмісту елементів і вторинної фази в аустеніті при температурі нагріву, - визначення вмісту елементів і вторинних фаз у фериті при температурі закінчення розпаду аустеніту, - розрахунок механічних властивостей за рівняннями регресії, що містять, як незалежні ЗМІННІ перегрів сталі над температурою закінчення формування аустеніту, вміст елементів і вторинної фази в аустеніті при температурі нагріву і у фериті при температурі закінчення розпаду аустеніту Застосування запропонованого способу визначення механічних властивостей сталі забезпечить у 3-10 разів більш високу точність визначення показників, ніж прототип і прискорить процес визначення механічних властивостей Підписне Тираж 28 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 К и ї в - 4 2 , 01601