Разработка состава аустенитной коррозионно-стойкой стали с улучшенной обрабатываемостью резанием для систем выпуска отработанных газов автомобилей

Главная страница
Контакты

    Главная страница



Разработка состава аустенитной коррозионно-стойкой стали с улучшенной обрабатываемостью резанием для систем выпуска отработанных газов автомобилей



страница7/7
Дата11.01.2017
Размер1.85 Mb.
ТипАвтореферат диссертации


1   2   3   4   5   6   7

Рисунок 6. Нитриды ( карбонитриды ) титана в сульфидной оболочке в характеристическом излучении.
Оценку обрабатываемости стали с повышенным содержанием серы лабораторных плавок выполняли в лаборатории механической обработки УЛИР ОАО АВТОВАЗ при несвободном точении твердосплавными ( сплав ВК6) и быстрорежущими (сталь Р6М5) резцами. Перед проведением испытаний исходную заготовку (круг 40) предварительно обтачивали для удаления окалины и поверхностных дефектов. При проведении исследований смазывающе – охлаждающая жидкость ( СОЖ) не применялась.

Режимы резания были следующие: твердосплавными пластинами- скорость резания (V) 105 м/мин, подача ( S) 0,07 мм/об, глубина резания (t) 0,5 мм; резцами из быстрорежущей стали – V = 25 м/мин, S= 0,07 мм/об, t=0,25 мм. Точение продолжалось 18 минут, кроме тех случаев, когда инструмент выходил из строя преждевременно.

Во время точения, периодически, через каждые три минуты, процесс резания прерывался для визуального осмотра инструмента и замеров его износа на микроскопе БИМ-1.По результатам этих замеров получены зависимости величины износа инструмента ( по вершине hв, по краевой кромке hкр, по задней поверхности hз-п, по передней поверхности hп-п от времени точения. Параллельно отбирали образующуюся при резании стружку для фиксирования ее характера в зависимости от состава стали ( от содержания в ней серы). На тех же режимах и оборудовании с помощью динамометра УДМ-1200 были выполнены замеры сил резания при продольном точении заготовок исследуемых вариантов стали.

Анализируя влияние содержания серы на интенсивность изнашивания инструмента следует отметить:

- с увеличением содержания серы интенсивность изнашивания инструмента уменьшается, особенно в диапазоне 0,1-0,2 % S;такое содержание серы следует считать нижним пределом , обеспечивающим низкий износ инструмента как из быстрорежущей стали , так и из твердого сплава;

- характер влияния количества серы на интенсивность изнашивания инструмента из твердого сплава и инструмента из быстрорежущей стали практически одинаков;

- введение кальция несколько снижает значения величины износа инструмента при сохранении общего характера зависимости интенсивности изнашивания от содержания серы.

Влияние содержания серы на составляющие силы резания менее существенно, чем на износ инструмента. Заметна тенденция снижения величины всех составляющих сил резания при увеличении содержания серы в изучаемых пределах. При содержании серы 0,15-0,25 % величины всех составляющих сил существенно ниже , чем у базовой стали: радиальная составляющая PX на 25-30%, сила подачи PY на 20-25%, вертикальная составляющая PZ на 15-20%.

Вид стружки, отобранной при исследовании обрабатываемости сталей лабораторных плавок показал, что с увеличением содержания серы в стали намечается тенденция к улучшению формы стружки. Хотя во всех изученных случаях образуется сливная стружка, с увеличением содержания серы в стали она из прямой становится спиральной, менее путающейся. Следует отметить, что наиболее четко эта разница выявилась при опробовании стали лабораторных плавок в производственных условиях (непосредственно при изготовлении деталей). В этом случае стружка из сливной – в виде длинных легко путающихся спиралей – у стали базового состава, в сталях с повышенным содержанием серы приобретает вид коротких спиралей, что более благоприятно. При содержании серы 0,15-0,25% стружка легко удаляется из зоны резания и станка.

Обрабатываемость резанием стали А10Х16Н15Т (0,08-0,12%С, 0,25-0,35%S, 15,0-17,0%Cr, 14,0-15,0%Ni, 0,6-0,9%Ti, Si ≤1,0%, Mn≤2,0%, Cu≤0,5,Mo≤0,5,P≤0,04%) опытно-промышленной партии оценивалась по стойкости режущего инструмента, выраженной в количестве обработанных деталей (фактическая стойкость ТФ), по величине износа (величина hз-п) и форме образующейся при резании стружки, при условии получения годных деталей. Переработку стали проводили на станке TRAUB TNS 42 по технологии производства детали системы выпуска выхлопных газов автомобиля ВАЗ - “ втулка”. Использовалась СОЖ Укринол-1м. Была переработана опытно-промышленная плавка (прокат диаметром 25мм) общим объемом более 5,5 т.

Полученные результаты свидетельствуют, что в сравнении с обработкой стали 12Х18Н10Т, при обработке стали А10Х16Н15Т наряду с увеличением стойкости инструмента, снижается и величина его износа.

Проводился расчет приведенной стойкости инструмента Тпр ( стойкость инструмента, приведенная к равному износу 0,1мм) по формуле:

Тпр = Тф ( 0,1/ hФ)

где hФ- фактическая стойкость износа ( в нашем случае hФ = hз-п).

Далее по отношению приведенных стойкостей для сталей А10Х16Н15Т и 12Х18Н10Т рассчитывался коэффициент повышения стойкости Кп.с.. На всех позициях обработки имеет место увеличение стойкости инструмента – для твердосплавного от 4,76 до 12,5 , а для быстрорежущего от 36 до 74 раз ( Рисунок 7).

Следует отметить, что при переработке стали А10Х16Н15Т не выявлено случаев поломки режущего инструмента, в то время как при переработке стали 12Х18Н10Т поломки сверл и метчиков постоянны.



Рисунок 7 Гистограмма стойкости инструмента при точении базовой стали и стали А10Х16Н15Т


Вид стружки, полученной при обработке сталей 12Х18Н10Т и А10Х16Н15Т, показан на Рисунок 8. Форма стружки , образующаяся при обработке стали А10Х16Н15Т, удовлетворяет условиям автоматического производства.




а

б

Рисунок 8. Вид стружки, образующейся при автоматной обработке резанием стали 12Х18Н10Т (а) и А10Х16Н15Т (б) в производственных условиях.


В четвертой главе приводятся результаты оценки ряда специальных технологических и эксплуатационных свойств предлагаемой автоматной коррозионно-стойкой стали.

Проведен комплекс исследований для определения технологичности разработанной стали при получении проката. Весь прокатный передел опытно-промышленной плавки стали А10Х16Н15Т проводили в прокатном цехе №1 ОАО “МЕЧЕЛ” .

Слитки массой 1250 кг поступали в прокатный цех №1 в холодном состоянии после абразивной зачистки по местным дефектам. Нагрев слитков осуществлялся в трехзонной методической печи при температуре в сварочной и томильной зонах 1250-1270 ˚C в течение 10- 14 часов. Слитки прокатывали за 13 проходов на стане трио 800 на передельную заготовку сечением 130×130 мм для сортового стана. Затруднений при прокате не было; каких либо отрицательных моментов при деформировании нержавеющей стали с повышенным содержанием серы не установлено.

В процессе прокатки стали на стане “800” отбирались пробы сечением 130 ×130 мм по высоте слитков для контроля макроструктуры и определения химического состава стали в различных зонах. В связи с тем, что предполагалась поставка горячекалиброванного проката без шлифовки, передельная заготовка 130 ×130 мм была подвергнута сплошной шлифовке поверхности с удалением всех видимых дефектов.

Заготовки нагревались и выдерживались в методической печи стана “300-1” при температуре 1240-1260˚C и прокатывались на линейном стане с обводными аппаратами с получением круга 26+0,3/-0,5 мм с последующей горячей калибровкой на специально установленном в потоке стана четырехвалковом калибрующем блоке конструкции Челябинского государственного технического университета. Калибрующий блок был настроен на получение круга 25±0,2мм. Измерение наибольшего и наименьшего размера профиля в одном сечении (овальности профиля), проведенное на 100 прутках, показало, что овальность профиля не превышает 0,2 мм, а отклонение размеров стабильно укладываются в допуск плюс-минус 0,2 мм от номинального профиля.

При визуальном осмотре прутков на их поверхности были обнаружены дефекты (плены, задиры), характерные для хромоникелевых нержавеющих сталей и связанные с “налипанием” на калибры валков и прокатную арматуру частиц металла с последующим “травмированием“ ими раскатов. Для удаления дефектов поверхности горячекалиброванные прутки подвергались шлифовке на бесцентрово-шлифовальном станке.

В связи с тем, что по техническим требованиям ОАО «АвтоВАЗ», размеры профиля не должны быть менее 24,7 мм, станок был специально настроен на небольшой съем металла при шлифовке. При замере 100 шлифованных прутков было установлено, что размеры профиля находятся в пределах 24,67-25,09 мм, то есть прутки по своим размерам соответствовали техническим требованиям заказчика. При этом лишь в четырех случаях (0,4%) минимальный размер был меньше, чем 24,7 мм, то есть в основном требования потребителя были выполнены.

После шлифовке недопустимые дефекты были удалены, прокат по качеству поверхности соответствовал предъявляемым требованиям.

По результатам прокатки опытной партии стали А10Х16Н15Т можно сделать вывод о том, что сталь имеет достаточную технологичность при деформировании и производство проката высокой точности из этой стали практически осуществимо.

В связи с повышенной склонностью нержавеющих хромоникелевых сталей к образованию дефектов поверхности в процессе прокатки, необходимо получение горячекалиброванного проката высокой точности на “плюс” с последующей шлифовкой прутков на бесцентрово-шлифовальных станках.

Сдаточные испытания опытной промышленной партии стали А10Х16Н15Т проводили по макроструктуре ( ГОСТ 10243), механическим свойствам и склонности к межкристаллитной коррозии ( по методу АМУ 8, ГОСТ 6032-84). Результаты испытаний показали полное соответствие партии стали А10Х16Н15Т существующим требованиям.

Свариваемость стали А10Х16Н15Т лабораторных плавок оценивалась при сварке втулок, которые сваривались либо между собой , либо, как имеет место в промышленной технологии, с трубой глушителя. Сварку проводили в лабораторных условиях в среде СО2 на полуавтомате для сварки фирмы “Kempi”.Режимы сварки : ток 120-140 А, напряжение 20V. Электроды - проволока Св08Г1С, используемые при сварке базовой стали. Среда сварки СО2, также применяемая в промышленной технологии.

Металлографический анализ показал, что структура основного металла – аустенит,7 балл; структура зоны термического влияния – аустенит (3-4 балл) и карбиды по границам зерен; структура шва- мартенсито-бейнит. При металлографических исследованиях в околошовной зоне сварки ( зоне термического влияния) в стали, независимо от содержания серы, выявляются кристаллизационные трещины. В этой же зоне происходит выделение карбидов по границам зерен, что может приводить к склонности исследованных сталей к межкристаллитной коррозии.

С целью выбора наилучшего способа сварки проведены дополнительные исследования по оценке влияния состава электрода и среды сварки на качество сварного соединения. Сварка проводилась электродом из проволоки Св.08Г1С в среде аргона и электродом из проволоки Х18Н10Т в среде СО2.

Результаты исследования микроструктуры в зависимости от условий сварки показали, что в зоне сварки трещин не обнаружено. В зоне термического влияния выделение карбидов по границам зерен нет. Таким образом, можно получать сварные соединения втулки из автоматной нержавеющей стали с трубой глушителя требуемого качества. Для этого необходим правильный подбор сварочной проволоки и состава защитной атмосферы.

Разработанные в работе стали различных вариантов химического состава подвергались испытаниям на стойкость к воздействию конденсатов выхлопных газов и испытаниям в камере солевого тумана.

Из анализа полученных данных следует, что наиболее высокая коррозионная стойкость к конденсату выхлопных газов имеет место у стали с дополнительным микролегированием Se+Te+SiCa - потери от коррозии через 200 циклов составили 16,6 мг/дм2. Ниже коррозионная стойкость у базовой стали 12Х18Н10Т - потери от коррозии через 200 циклов составили 27,4 мг/дм2. Несколько ниже коррозионная стойкость у стали микролегированной Se+Te и Se потери от коррозии через 200 циклов составили 31 мг/дм2 и 33,4 мг/дм2 соответственно. Таким образом, по коррозионной стойкости к конденсату выхлопных газов сталь 12Х18Н10Т с добавками Se+Te+SiCa превосходит базовый вариант, а также базовый вариант с добавлением Se и Se+Te.

Введение серы увеличивает склонность к коррозии стали в конденсате выхлопных газов. Однако, изученные образцы из стали А10Х16Н15Т не уступают в эксплуатационных условиях по этом показателю нержавеющей стали типа 18-8.

Проведены коррозионные испытания образцов исследованных сталей в камере солевого тумана (среда 5% NaCl, температура 35˚С) по ГОСТ 9.308-85,метод 1.Степень коррозионного поражения образцов оценивали визуально по времени появления первых очагов коррозии и по площади поражения коррозией поверхности. Из анализа данных следует, что сталь 12Х18Н10Т с добавками Se+Te и Se+Te+SiCa обладает высокой коррозионной стойкостью в атмосфере солевого тумана – через 2232 часа коррозия отсутствовала. Несколько ниже коррозионная стойкость у стали без добавок и стали с добавкой Se – коррозия появилась через 24 часа на трех образцах из стали с Se и через 72 часа на одном базовом образце, через 2232 часа на них наблюдались следы коррозии.

Все испытанные образцы из стали А10Х16Н15Т с повышенным содержанием серы обладали высокой коррозионной стойкостью к воздействию солевого тумана. Через 1500 часов выдержки коррозионного поражения на всех образцах не обнаружено.



Таким образом, испытанные образцы сталей исследованных составов проявили достаточную коррозионную стойкость как к воздействию солевого тумана, так и к конденсату выхлопных газов. Добавка Se+Te+SiCa к стали 12Х18Н10Т улучшает коррозионную стойкость, добавка Se+Te практически ее не меняет, а добавка Se несколько снижает.
Основные результаты и выводы.


  1. В результате комплексных исследований структуры, эксплуатационных и технологических свойств аустенитных коррозионно-стойких сталей разработаны и обоснованы составы сталей, обеспечивающие существенное улучшение обрабатываемости резанием; отработана технология получения проката и изделий из сталей предлагаемых составов.

  2. Микролегирование базовой стали 12Х18Н10Т селеном, селеном и теллуром, селеном и теллуром с введением SiCa изменяет свойства, состав и морфологию неметаллических включений. Установлено образование пластичных, сложных по составу комплексных селенидов, сульфидоселенидов, а также теллуридов, имеющих более глобулярную форму и меньшую строчечность, чем нитриды и карбонитриды в базовой стали. Микролегирование практически не сказывается на механических свойствах стали, отмечается лишь некоторое снижение твердости.

  3. Установлено, что величина износа резцов из сплава ВК6 минимальна (снижение на 20% по сравнению с обработкой базовой стали) при точении стали микролегированной селеном, селеном и теллуром с введением SiCа. Величина износа инструмента из быстрорежущей стали уменьшается в 2-3 раза. На 20% уменьшается главная составляющая силы резания.

  4. Увеличение содержания серы в базовой стали 12Х18Н10Т приводит к увеличению количества сульфидных включений. Наряду с сульфидами марганца в стали имеются сульфиды титана, а также комплексные сульфиды титана, марганца, железа и хрома. Часто сульфидные включения обволакивают твердые нитридные и карбонитридные включения, что исключает их отрицательное влияние на обрабатываемость.

  5. С увеличением содержания серы в аустенитной коррозионно-стойкой стали интенсивность изнашивания инструмента при ее обработке уменьшается, особенно в диапазоне 0,1- 0,2 % S; такое содержание серы следует считать нижним пределом, обеспечивающим низкий износ инструмента как из быстрорежущей стали, так и из твердого сплава. На всех позициях обработки (точение, сверление, расточка, нарезание резьбы, отрезка) имеет место увеличение стойкости инструмента – для твердосплавного от 4,9 до 20,4 , а для осевого быстрорежущего от 45 до 152 раз при различных условиях обработки. Установлено, что при обработке резанием стали 12Х18Н10Т образуется сливная стружка, завитая в спираль длиной более 200 мм, частично лентообразная, для удаления которой из зоны резания требуется постоянное вмешательство оператора; при обработке стали А10Х16Н15Т ( 0,25-0,35% S) образуется легколомающаяся элементная или сливная спиральная стружка длиной до 50 мм, легко удаляющаяся из станка.

  6. Для стали А10Х16Н15Т отработана промышленная технология производства проката высокой точности. Рекомендовано получение горячекалиброванного проката высокой точности на “плюс” с последующей шлифовкой прутков на бесцентрово-шлифовальных станках.

  7. Исключение появления в зоне термического влияния трещин и карбидов по границам зерен при сварке изделий из стали А10Х16Н15Т достигается проведение сварки в среде аргона проволокой Св08Г1С или в среде углекислого газа проволокой Х18Н10Т.

  8. Образцы и изделия из сталей исследованных составов проявили достаточную коррозионную стойкость как к воздействию солевого тумана, так и к конденсату выхлопных газов. Добавка Se+Te+SiCa к стали 12Х18Н10Т улучшает коррозионную стойкость, добавка Se+Te практически ее не меняет, а добавка Se несколько снижает, как и увеличение содержания серы при воздействии конденсата выхлопных газов.

  9. Разработаны и приняты технические условия ТУ 14-134-295-91 на производство в условиях ОАО “МЕЧЕЛ” горячекалиброванных прутков из коррозионно-стойкой стали А10Х16Н15Т высокой обрабатываемости резанием. На ОАО ”АвтоВАЗ” внедрено изготовление из разработанной стали деталей систем выпуска выхлопных газов на станках-автоматах



Перечень публикаций по теме диссертации.
1.В.С.Муратов, В.В.Сахаров. Формирование структуры и свойств коррозионно-стойких сталей для улучшения обрабатываемости резанием. Заготовительные производства в машиностроении, №6, 2005, с.53-55.

2. В.В.Сахаров. Металлургические особенности производства автоматной нержавеющей стали. Материалы международной научно-технической конференции “Высокие технологии в машиностроении” ( 19-21 октября 2005 года, г. Самара), СамГТУ, 2005, с. 224.

3. В.С. Муратов, В.В.Сахаров. Улучшение обрабатываемости резанием нержавеющих сталей. Материалы III Общероссийской конференции “Новейшие технологические решения и оборудование” ( 19-21 апреля 2005года, г.Кисловодск). Успехи современного естествознания, М.: Академия Естествознания, №7, 2005, с.73-75.

4.В.С.Муратов, В.В.Сахаров. Особенности микроструктуры и свариваемость нержавеющих сталей с улучшенной обрабатываемостью резанием. Материалы научной конференции с международным участием “ Успехи современного естествознания” ( 27-29 сентября 2005года, г.Сочи). ). Успехи современного естествознания, М. : Академия Естествознания, №11, 2005, с.32-33.

5.Ю.Д. Яшин, В.В.Сахаров, М.Д.Копыл, А.Я.Заславский. Автоматная нержавеющая сталь. Автомобильная промышленность, № 9, 1993, с.31-34.

6. Ю.Д. Яшин, В.В.Сахаров, М.Д.Копыл, Г.А.Усачев. Улучшение обрабатываемости аустенитной нержавеющей стали 12Х18Н10Т путем дополнительного легирования. Научно-технические достижения и передовой опыт в автомобилестроении. Вып.8., М. 1990г., с.9-10.

7.Ю.Яшин, В.Сахаров. Конкретизация технологических свойств материалов- эффективный способ совершенствования технологий их обработки. Сборник докладов международной научно-технической конференции “ Актуальные проблемы фундаментальных наук”( 28 октября – 3 ноября 1991 года, г. Москва ) , МГТУ, 1991, с.20-23.

8. В.С. Муратов, В.В.Сахаров. Особенности структуры и свойств проката автоматной нержавеющей стали. Труды международной научно-технической конференции “ Современные достижения в теории и технологии пластической обработки металлов” ( 20-22 сентября 2005года, г.Санкт- Петербург), Издательство Политехнического университета, 2005, с. 291-293.

9. В.С.Муратов, В.В.Сахаров. Влияние состава аустенитной нержавеющей стали на микроструктуру и коррозионную стойкость. Материалы международной научно-технической конференции “Высокие технологии в машиностроении” ( 19-21 октября 2005 года, г.Самара), СамГТУ, 2005,с.203 - 205.

10. В.С.Муратов, В.В.Сахаров. Материаловедческий аспект улучшения обрабатываемости резанием коррозионно-стойких аустенитных сталей. Материалы 16-ой международной конференции «Физика прочности и пластичности материалов» (26-29 июня 2006 года, г.Самара), СамГТУ, 2006, с.50.






Каталог: sites -> science.samgtu.ru -> files -> disertac -> d23
disertac -> Ситема автоматического управления динамической разгрузкой шпиндельного узла многооперационного координатно-расточного станка
disertac -> Разработка методов получения сложных эфиров диоксановых спиртов из отходов производства изопрена
disertac -> Самораспространяющийся высокотемпературный синтез модифицирующих лигатур и композиционных сплавов в расплаве алюминия с применением флюсов 01. 04. 17 Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва
disertac -> Повышение надежности защиты от перенапряжений систем электроснабжения нефтяной промышленности в районах с высоким удельным сопротивлением грунтов
d23 -> Разработка состава аустенитной коррозионно-стойкой стали с улучшенной обрабатываемостью резанием для систем выпуска отработанных газов автомобилей
1   2   3   4   5   6   7

  • Основные результаты и выводы.
  • Перечень публикаций по теме диссертации.