Знание - Sanxin

I. Едри и нееднородни зърна в големи изковки

Валцуваните продукти и малките изковки, обработени под налягане, са склонни към получаване на фини и равномерни аустенитни зърна. Частите, изработени от такива заготовки и подложени на закаляване и отпускане (при условие че суровините и процесите на термична обработка са нормални), обикновено постигат фини зърна от клас 8 или по-висок, които са относително равномерни. Големите изковки обаче са различни. Г. Бендел и др.24 са взели радиални и аксиални проби от закалени в масло и отпуснати валове на генератори (28NiCrMo74), ротори на турбини (21CrMoV51) и други големи изковки от различни стомани. Те са изследвали металографските структури на близо 200 проби от 100 изковки (с диаметри от 400 до 1400 мм, ковани от стоманени блокове от 100 до 150 тона), използвайки пикринова киселина и добавки, за да разкрият аустенитни зърна. Резултатите показаха, че аустенитните зърна на всички 200 проби са в диапазона от 0 до 7 степен, като 3 до 4 степен (с изключение на тези с по-малка степен от 3) представляват 50%. Срещали сме подобни ситуации и при производството на големи изковки.

 

Защо аустенитните зърна в големите изковки винаги са сравнително груби и неравномерни?

 

Първо, блоковете, използвани за коване на големи изковки, са големи, а процесът на охлаждане по време на кристализация е бавен, което води до груби структури след отливане и относително силна сегрегация. Аустенитът в зоните на сегрегация, съдържащи въглерод и легиращи елементи, е особено стабилен (особено при високолегирани стомани). Ако не се предприеме специална обработка, едрият аустенит в тази област може да не се трансформира напълно дори по време на окончателната обработка. Характеристиките на трансформацията, причинени от сегрегацията, ще бъдат разгледани по-подробно по-долу.

 

Второ, в сравнение с валцуваните материали и малките изковки, големите изковки имат по-малка и неравномерно разпределена деформация при коване. Следователно, рекристализираните зърна също са сравнително едри и неравномерно разпределени. Този момент е разгледан в Глава първа и няма да се повтаря тук.

 

Големите изковки обикновено не могат да бъдат изковани наведнъж. В окончателния процес на коване, поради голямата температурна разлика между напречните сечения на изковката и бавното действие на хидравличната преса, крайната температура на коване на по-рано изкованите части и тези, изковани по-късно, варира значително. Центърът на изковката и по-рано изкованите части остават при високи температури (често над 1000℃) за дълго време, което води до едри и неравномерни аустенитни зърна. ​​​​​​​

Трето, едростта и нееднородността на аустенитните зърна в големите изковки също са свързани с характеристиките на техните процеси на аустенитизиращо нагряване и охлаждане.

Като се има предвид сегрегацията на въглерод и легиращи елементи, температурата на аустенитизация за големи изковки е по-висока от тази за малки парчета от същата марка стомана, тъй като горната граница на Ac в изковката е по-висока от тази температура на средния състав. Освен това, големите изковки изискват по-дълго време на нагряване за равномерно нагряване, което кара повърхностният слой да остане при високи температури за прекомерно дълго време.

 

Дори ако температурата на нагряване и времето на задържане са еднакви, аустенитните зърна в големите изковки са по-едри от тези в добре обработените валцувани материали и малките изковки. Най-важната причина за това е скоростта на нагряване в... α→γ зона на трансформация. Колкото по-бавна е скоростта на нагряване, толкова по-едри са аустенитните зърна. Поради абсорбцията на топлината от трансформацията по време на α→γ трансформация в големи изковки (която няма съществено влияние върху малките части в сравнение с капацитета за подаване на топлина на нагревателната пещ), скоростта на нагряване по време на целия процес на трансформация се намалява до много ниска стойност, което води до по-едри зърна. Добавянето на малко количество силни карбидообразуващи или нитридообразуващи елементи за рафиниране на аустенитните зърна е много ефективно за малки части, но на практика този метод рядко е ефективен за големи изковки.

 

Размерът на оригиналните аустенитни зърна влияе върху размера им след повторна аустенитизация. Колкото по-едри са оригиналните аустенитни зърна, толкова по-едри са зърната след повторна аустенитизация. При стомани с висока пропускливост, като тези, съдържащи ванадий и титан, когато продуктът на охлаждане е бейнит или мартензит, следите от оригиналната прегрята структура не могат да бъдат елиминирани по време на окончателната обработка и те се възстановяват до едри аустенитни зърна.

 

Както бе споменато по-рано, поради развитието на сегрегация в големи стоманени блокове, стабилността на аустенита е висока и точката на мартензит спада в зоните с висока сегрегация на въглерод и легиращи елементи. Дори точката Mf може да падне под стайната температура. Ако не се предприеме специална обработка за тази област, едрият аустенит в тази област може да не се трансформира напълно дори след окончателната обработка и да остане.

 

За закаляване на големи изковки, които изискват мартензитни и долнобайнитни структури, за да се предотвратят пукнатини от закаляване, повърхността често се охлажда до 250-300°C.°С или 150-200°C и след това се поставя в пещ на 200-300°C (близо до точката Mf). Това води до стабилизиране на аустенита (в зоната на мартензитна трансформация или зоната на долна бейнитна трансформация). В комбинация със сегрегацията, оригиналният едър аустенит се задържа, което води до неравномерни и едри зърна. При първата температура на преохлаждане от термичната обработка, аустенитната трансформация е непълна (особено в зоните на сегрегация на някои големи изковки от Ni-Cr-Mo-V стомана). По време на последващия изотермичен процес, малко под A1, тази част от аустенита не се разлага, като по този начин се образуват и локални едри структури.

 

II. Влиянието на едри и нееднородни зърна върху свойствата на изковките и ултразвука Тестване

 

Има много изследвания върху влиянието на размера на зърната върху механичните свойства. Границата на провлачване, пластичността и жилавостта на едрозърнестата стомана намаляват, особено температурата на крехък преход се увеличава значително.

 

 

Зърната, които са почти еднакви, имат висока ударна жилавост и дълготрайност на умора, докато когато площта на едрите зърна е близо 50%, гореспоменатите свойства са най-ниски. Тъй като едрите и неравномерните зърна са вредни за производителността, а оригиналният размер на зърната, както бе споменато по-рано, влияе върху крайния размер на зърната след обработката, е много необходимо да се регулират и рафинират зърната при първата термична обработка, за да се подобрят производителността на кованата част след окончателната термична обработка.

 

За да се открият некачествени продукти възможно най-рано, да се намалят разходите и да се сведе до минимум загубата на работно време, „ранната диагностика“ е от голямо значение. (Напоследък дори се извършва дефектоскопия преди прецизно коване, за да се подобри коефициентът на използване на стоманените блокове и да се определи дали е необходимо повторно коване.) Качеството на повърхността на изковките и проникващата способност на ултразвуковите вълни често са лоши. В тази ситуация, първо, енергията на ултразвуковите вълни, падащи върху изковките, трябва да бъде възможно най-голяма, и второ, проникващата способност на ултразвуковите вълни и елиминирането на смущаващите еха трябва да се подобрят. Първото може да се постигне чрез подобряване на свързващия агент, докато второто изисква усилия от вътрешната структура на изковките.

 

В стоманата съществуват организационни фактори, които възпрепятстват ултразвуковото откриване на дефекти. Поради тяхното съществуване се получава горовидно смущение или ултразвуково затихване. По време на последния процес на коване на кованото изделие, ако то престои твърде дълго при висока температура, лесно се образуват едри зърна и насочени игловидни феритни групи, които действат като отражатели на ултразвукови вълни и генерират горовидно смущение. Утаяването на едри карбиди по границите на зърната и равнините на цепене (например карбиди тип M6C и M12C6 в Cr-Mo-V стомана) също причинява горовидно смущение. Това смущаващо ехо затруднява улавянето на ехото от дефекта.

 

Едрите и неравномерни зърна причиняват силно затихване на ултразвуковите вълни. Най-общо казано, едрият продукт на високотемпературното преобразуване на аустенита ще увеличи затихването на ултразвуковите вълни. При избора на видове стомана за големи изковки трябва да се обърне внимание на получаването на микроструктура в сърцевината, която е благоприятна за откриване на дефекти.

 

 

Тъй като едрите и неравномерни зърна, особено образуването на игловидни феритни клъстери и големи карбиди по границите на зърната, могат да причинят интерферентни ехота и да увеличат затихването, е необходимо да се регулира и усъвършенства микроструктурата чрез първата термична обработка, за да се подобри проникването на ултразвука.