В роботі проаналізовані випадки передчасного руйнування поглинаючих пристроїв, виготовлених зі сталі 30ХГСН2А, в ході проведення приймально-здавальних випробувань і при експлуатації пристроїв. Виявлено характер і причини руйнування: знижена технологічність стали при остаточній термічній обробці і пошкодження хромового покриття штока.

Анотація наукової статті за технологіями матеріалів, автор наукової роботи - Муратов Володимир Сергійович, Морозова Олена Олександрівна, Якимів Микола Сергійович


ENSURING THE REQUIRED STRUCTURE AND PROPERTIES OF STEEL 30HGSN2A IN THE IMPLEMENTATION OF MULTI-STAGE COMBINED PROCESSING

In this paper, the cases of premature destruction of absorbing devices made of 30HGSN2A steel during the acceptance tests and during operation of the devices are analyzed. The nature and causes of destruction were revealed: reduced processability of steel during final heat treatment and damage to the chrome coating of the rod.


Область наук:
  • технології матеріалів
  • Рік видавництва: 2019
    Журнал: Сучасні матеріали, техніка та технології

    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ ЗАПОБІГАННЯ ПЕРЕДЧАСНОГО РУЙНУВАННЯ важко навантажених виробів із ВИСОКОМІЦНИХ СТАЛЕЙ'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ ЗАПОБІГАННЯ ПЕРЕДЧАСНОГО РУЙНУВАННЯ важко навантажених виробів із ВИСОКОМІЦНИХ СТАЛЕЙ»

    ?ENSURING THE REQUIRED STRUCTURE AND PROPERTIES OF STEEL 30HGSN2A IN THE IMPLEMENTATION OF MULTI-STAGE COMBINED PROCESSING

    Muratov Vladimir Sergeevich Dr.Sc.professor

    (E.mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.)

    Morozova Elena Aleksandrovna, Cand.Tech.Sci., Associateprofessor

    (E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Yakimov Nikolay Sergeevich, graduate student

    (E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Samara State Technical University, Samara, Russia

    This article presents the results of studies of the structural features and properties of high-strength steel 30HGSN2A during the implementation of multi-stage combined processing. Such processing includes steel smelting and obtaining a deformed billet, intermediate heat treatment operations, machining, welding, final heat treatment, chromium plating. Recommended modes that will provide the required level of steel characteristics and exclude cases of premature destruction of the products.

    Key words: high-strength steel, structure, properties, hot rolled bars, absorbing devices, heat treatment, chromium plating.

    УДК 669.017

    АНАЛІЗ ТА ШЛЯХИ ЗАПОБІГАННЯ ПЕРЕДЧАСНОГО РУЙНУВАННЯ важко навантажених виробів із ВИСОКОМІЦНИХ СТАЛЕЙ Муратов Володимир Сергійович, д.т.н., професор

    (E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Морозова Олена Олександрівна, к.т.н., доцент (e-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Якимів Микола Сергійович, аспірант. (E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Самарський державний технічний університет, Самара, Росія

    В роботі проаналізовані випадки передчасного руйнування поглинаючих пристроїв, виготовлених зі сталі 30ХГСН2А, в ході проведення приймально-здавальних випробувань і при експлуатації пристроїв. Виявлено характер і причини руйнування: знижена технологічність стали при остаточній термічній обробці і пошкодження хромового покриття штока.

    Ключові слова: поглинають пристрої, випробування, експлуатація, передчасне руйнування, технологія виготовлення.

    Високоміцні комплексно-леговані хромо-кремені-марганцево-нікелеві сталі використовуються в транспортних системах для ряду відповідальних важконавантажених виробів [1,2]. До таких виробів, зокрема, відносяться гідравлічні поглинають (демпфирующие) пристрої, призначені для гасіння частини енергії удару, зменшення поздовж-

    них розтягують і стискають зусиль, що передаються на конструкцію транспортного засобу. Загальна схема такого пристрою показана на рис.1.

    Малюнок 1 - Загальна схема гідравлічного поглинає пристрою: 1 шток з поршнем 2, 3 гідроциліндр (корпус пристрою), 4 опора, 5, 7 -полость гідроциліндра, 6 калібровані отвори в поршні

    Шток з поршнем (1,2) під дією прикладеної сили Р робить поступальний рух усередині гідроциліндра (корпусу) 3, заповненого робочої рідиною і закріпленого на опорі 4. При цьому робоча рідина витісняється поршнем штока 2 з порожнини 5 циліндра і, проходячи через калібровані отвори 6 в поршні штока 2, надходить в порожнину 7 гідроциліндра (корпусу). Робота сили Р на переміщення штока витрачається на подолання сил тертя рухомих частин і, в основному, на проштовхування робочої рідини через калібровані отвори, т. Е. На подолання сил гідравлічного опору при перетікання рідини. Це опір тим більше, чим більше швидкість руху штока (і, відповідно, швидкість течії рідини через отвори в поршні) і чим менше діаметр (калібр) отвори. За рахунок тертя частинок рідини одна об одну і об стінки отвору підвищується температура рідини і конструкції демпфера. Тепло через стінки демпфера розсіюється в простір, розсіюється і енергія, прикладена до штоку.

    Поглинають пристрої працюють у важких умовах експлуатації. Максимальна зовнішнє навантаження ряду поглинаючих апаратів може досягати 3,0 МН, а ресурс за кількістю введеної енергії повинен становити не менше 250МДж [3].

    Поглинають пристрої піддаються певним приймально-здавальним випробуванням. В процесі приймально-здавальних випробувань перевіряють конструкційний хід і показники статичної силової характеристики пристрою.

    Конструкційний хід - максимальний робочий хід (величина стиснення, деформація), що допускається конструкцією без пошкодження або руйнування будь-яких елементів цієї конструкції.

    Силова характеристика пристрою - графік залежності сили опору пристрою при стисненні і відновленні початкового стану (віддачі) від деформації. Статична силова характеристика визначається при стисканні зі швидкістю не перевищує 0,05 м / с. Силова характеристика дозволяє визначити її показники: зусилля початковій затягування -мінімальна сила, яку потрібно прикласти до пристрою, щоб воно почало скорочуватися; силу закриття - мінімальна сила, яку треба прикласти до пристрою для стиснення його на конструкційний хід; зусилля повернення - мінімальна сила, що перешкоджає відновленню поглинає пристрою в початковий (до додатка зовнішньої сили) стан; ряд енергетичних показників.

    Безпосередньо в ході проведення випробувань відзначені випадки передчасного руйнування корпусів поглинаючих пристроїв. На рис.2 показаний розрізаний на фрагменти такої зруйнований корпус, виготовлений з високоміцної сталі 30ХГСН2А. Початкова область руйнування розташована в донної частини корпусу, в якій добре видно траєкторія розвитку тріщини за фрагментом №3 (праворуч - ліворуч). Цією ж частини корпусу відповідає і найменший рівень твердості стали 33НЯС.

    Малюнок 2 - Розрізаний на фрагменти зруйнований при приймально-здавальних випробуваннях корпус поглинає пристрої зі сталі

    30ХГСН2А

    Аналіз поверхні зламу деталі показує, що злам має в'язкий статичний характер. Усередині зламу не спостерігається металургійних дефектів. Явно виражений Шеврон рельєф зламу дозволяє визначити початок і напрямок розвитку тріщини [4]. Руйнування відбувалося від донної частини корпусу вздовж його утворює у напрямку волокон макроструктури.

    Визначено рівень механічних властивостей в донної частини зруйнованого корпусу: про в = 1120 МПа (>1 570 МПа), 5 = 14,4% (>8,0%), ф = 44,3% ( >35,0%), ксі = 247 кДж / м2 (>390 кДж / м2), ІКС34 (>ІКС44). Випробування виконано на поздовжніх зразках; в дужках наведені необхідні значення властивостей нормативними документами. З наведених даних сліду-

    ет, що сталь має неприпустимо низькі значення межі міцності, твердості і ударної в'язкості. Необхідний рівень механічних властивостей сталь набуває після остаточної термічної обробки, що полягає в проведенні загартування і низького відпустки. Аналіз мікроструктури стали в донної частини корпусу показує, що сталь має Троостит-мартенситную структуру з присутністю вільного фериту. При виконанні запропонованих режимів термічної обробки сталь повинна мати структуру мартенсит відпустки. Оскільки порушень режимів остаточної термічної термічної обробки на виявлено, то невідповідність в мікроструктурі слід пов'язувати з підвищеною схильністю стали до обезуглероживанию і зниженою прокаливаемостью [5-8]. У свою чергу, низьку технологічність стали при термічній обробці слід пояснювати небажаними особливостями її хімічного складу і структури, сформованими на попередніх етапах технологічного процесу виготовлення поглинаючих пристроїв - виплавці і гарячої прокатки прутків, які є вихідними заготовками для корпусів і штоків.

    Відомі випадки передчасного руйнування корпусів поглинаючих пристроїв в процесі їх експлуатації. Осередок руйнування в цьому випадку виявляється на внутрішній поверхні корпусу, а подальше руйнування відбувається уздовж його утворює (рис.3).

    Малюнок 3 - Фрагмент зруйнованого в процесі експлуатації корпусу

    В даному випадку злам (рис.4) має явні ознаки втомного руйнування [4,9]. У зламі видно фокус зламу, який має світлу заглаженность зону концентрической форми; потім виявляється зона форсованого розвитку втомної тріщини, для якої характерна наявність чітких меж і радіальних борозенок, які виходять з фокуса зламу. Третя зона - зона доломіт, що розповсюджується вздовж волокон макроструктури стали і має вигляд шевронного візерунка. Спрямованість сходинок такого візерунка показує траєкторію фінішного руйнування вироби - уздовж твірної корпусу поглинає пристрою в різні боки від зони форсованого розвитку тріщини втоми

    Малюнок 4 - Ділянка поверхні руйнування корпусу

    Як видно з рис. 4, фокус тріщини розташовується на внутрішній поверхні корпусу поглинає пристрою. Причому на цій же поверхні корпусу в області зародження втомного пошкодження виявлені поздовжні задираки від переміщення штока з поршнем (рис.5).

    а б

    Малюнок 5 - Задири на внутрішній поверхні корпусу: а- загальний вигляд дефектної поверхні; б-вид дефекту

    Оскільки в дефектних ділянках поверхні виявляються частинки хрому, то причиною появи задирок є руйнування хромового покриття штока з поршнем, внаслідок порушення режимів хромування або недостатнього подальшого обезводорожіванія.

    висновок.

    Корпуси поглинаючих пристроїв схильні до передчасного руйнування як в ході приймально-здавальних випробувань, так і в процесі експлуатації. У першому випадку, причиною є недостатня технологічність стали при остаточній термічній обробці; в другому, втомне руйнування внаслідок пошкоджуваності внутрішньої поверхні корпусу через руйнування хромового покриття штока.

    Робота виконана за фінансової підтримки РФФД за проектом № 1938-90172.

    Список літератури

    1. Матеріалознавство: Б.М. Арзамас, І.І.Сідорін, Г.Ф.Косолапов і ін .; під общ.ред. Б.Н.Арзамасова.- М .: Машинобудування, 1986.- 384с.

    2. Е.В. Лук'яненко, В.В.Овчінніков, В.В.Істомін-Костровскій, Ю.М. Боровина, Т.Ю.Скакова. Вплив багатоелементної іонної імплантації на структуру поверхонь-

    стного шару і зносостійкість деталей зі сталі 30ХГСН2А // Машинобудування та інженерну освіту.-2014.№1.C8-15.

    3. ГОСТ 32913-2014. Апарати поглинаючі зчіпних і автозчепних пристроїв залізничного складу. Технічні умови і правила приймання .: Стандартін-форм. - 2015.- 9с.

    4. РД 50-672-88. Методичні вказівки. Розрахунки і випробування на міцність. Класифікація видів зламу металу. М .: Изд-во стандартов.- 1988.-21с.

    5. Новиков І.І. Теорія термічної обробки металлов.М .: Металлургія.-1986.-480с.

    6.ГОСТ 54566-2011. Сталь. Стандартні методи випробувань для оцінки глибини обезуглероженного шару. М .: Стандартінформ.-2014.-16с.

    7.Справочнік по конструкційних матеріалів: Б.Н.Арзамасов, Т.В.Соловьева, С.А.Герасимов і ін .; Під ред. Б.Н.Арзамасова, Т.В.Соловьевой.-М .: ІДД Із МГТУ ім.Н.Е.Баумана, 2005.-640с.

    8. Муратов В.С., Якимів Н.С. Особливості деформационной і термічної обробок корозійностійких сталей мартенситно-феритного класу // Сучасні наукомісткі технології. -2018. № 12-2. - С.398-402.

    9. Школяр Л.М. Методика втомних випробувань. Довідник. М .: Металургія, 1978.-304с.

    ANALYSIS AND WAYS TO PREVENT PREMATURE DESTRUCTION OF HEAVY-LOADED PRODUCTS FROM HIGH-STRENGTH STEELS Muratov Vladimir Sergeevich Dr.Sc.professor

    (E.mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.)

    Morozova Elena Aleksandrovna, Cand.Tech.Sci., Associateprofessor

    (E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Yakimov Nikolay Sergeevich, graduate student

    (E-mail: Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.) Samara State Technical University, Samara, Russia

    In this paper, the cases of premature destruction of absorbing devices made of 30HGSN2A steel during the acceptance tests and during operation of the devices are analyzed. The nature and causes of destruction were revealed: reduced processability of steel during final heat treatment and damage to the chrome coating of the rod.

    Key words: absorbing devices, tests, operation, premature destruction, manufacturing technology.


    Ключові слова: поглинає ПРИСТРОЇ / ВИПРОБУВАННЯ / Експлуатація / передчасного руйнування / ТЕХНОЛОГІЯ ВИГОТОВЛЕННЯ / ABSORBING DEVICES / TESTS / OPERATION / PREMATURE DESTRUCTION / MANUFACTURING TECHNOLOGY

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити