Спрощена методика прогнозування впливу інтенсивності охолодження при загартуванні на механічні властивості сталевих виробів

Автор(и)

  • Leonid Deyneko Національна металургійна академія України, пр. Гагаріна,4, м. Дніпро, Україна, 49600, Україна https://orcid.org/0000-0002-1177-3055
  • Nikolai Kobasko ТОВ «Інтенсивні технології ЛТД», пр. Перемоги, 68/1, м. Київ, Україна, 03113, Україна https://orcid.org/0000-0002-7636-5298

DOI:

https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.210369

Ключові слова:

метод моделювання формування структури, бейнітні та мартенситні перетворення, термічна обробка, висока міцність.

Анотація

Об’єктом дослідження є структура та механічні властивості сталі в центральних точках загартованих виробів. В роботі розроблена методика, яка базується на порівнянні швидкості охолодження в центральній області виробу зі швидкістю охолодження пробного зразка діаметром 5–6 мм, що досліджуються в лабораторних умовах. До цього часу такий підхід був неможливим, оскільки не були вирішені дві основні проблеми. Перехід від малого зразка до реального виробу при гартуванні був науково не обґрунтованим в зв’язку з великою складністю проблеми. Не були відомі математичні залежності для розрахунку швидкості охолодження при гартуванні виробів довільної форми в рідинах. В останній час ці проблеми вирішені та появилась сталь оптимальної прогартовуваності, яку можна дуже швидко охолоджувати. Це спростило вирішення даної проблеми. Розроблена в роботі методика допомагає загартовувати металеві вироби таким чином, щоб на поверхні були великі стискаючі залишкові напруження, а в середині бейнітна структура високої міцності та підвищеної в'язкості. Це дозволяє збільшувати ресурс роботи загартованих виробів, зменшувати відсотки легуючих елементів, а також дотримуватись чистої екології. У зв’язку з цим, базуючись на досягненнях науки за останні десятиліття, запропонована методика прогнозування структури та механічних властивостей сталі при гартуванні реальних деталей. Ця методика може бути використана для збільшення довговічності роботи деталей машин та інструменту. В роботі також відмічається перспективність використання водних розчинів полімерів низької концентрації для інтенсивного гартування сталевих виробів. В цьому випадку при моделюванні швидкості охолодження в процесі гартування реальних виробів пробні зразки загартовують у водних розчинах цих же полімерів більш високої концентрації з метою утворення стабільної парової плівки. Стабільна парова плівка забезпечує стабільний коефіцієнт тепловіддачі. Це збільшує точність моделювання та розширює можливості запропонованих розрахунків.

Біографії авторів

Leonid Deyneko, Національна металургійна академія України, пр. Гагаріна,4, м. Дніпро, Україна, 49600

Доктор технічних наук, професор

Кафедра термічної обробки металів

Nikolai Kobasko, ТОВ «Інтенсивні технології ЛТД», пр. Перемоги, 68/1, м. Київ, Україна, 03113

Кандидат технічних наук, консультант

Посилання

  1. Starodubov, K. F., Uzlov, I. G., Savenkov, V. Ia. et. al. (1970). Termicheskoe Uprochnenie Prokata. Dnepropetrovsk: Metallurgiia, 368.
  2. Deineko, L. N., Bolshakov, V. I. (2000). Termicheskoe uprochnenie soedinitelnykh detalei magistralnykh neftegazoprovodov. Dnepropetrovsk, 120.
  3. Bhadeshia, H. K. D. H. (2015). Bainite in Steels: Theory and Practice. Money Publishing, 616.
  4. Liscic, B., Tensi, H., Canale, L., Totten, G. (Eds.) (2010). Quenching Theory and Technology. CRC Press, 725. doi: http://doi.org/10.1201/9781420009163
  5. Shepeliakovskii, K. Z. (1972). Uprochnenie detalei mashin poverkhnostnoi zakalkoi TVCH. Moscow: Mashinostroenie, 288.
  6. Shepelyakovskii, K. Z., Ushakov, B. K. (1990). Induction surface hardening-progressive technology of XX and XXI centuries. Proc. 7th Int. Congress on Heat treatment and technology of surface coatings, 33–40.
  7. Ouchakov, B., Shepeljakovskii, K. (1998). New Steels and Methods for Induction Hardening of Bearing Rings and Rollers. Bearing Steels: Into the 21st Century, 307. doi: http://doi.org/10.1520/stp12136s
  8. Shepelyakovswkii, K. Z., Bezmenov, F. V. (1998). New Induction Hardening Technology. Advanced Materials & Processes, 154 (4), 225–227.
  9. Ushakov, B. K., Efremov, V. N., Kolodjagny, V. V., Skryagin, V. I., Dub, L. G. (1991). New Compositions of Bearing Steels of Controlled Hardenability. Stal, 10, 62–65.
  10. Liscic, B., Tenzi, H. M., Luty, W. (1992). Theory and Technology of Quenching. Berlin, New York: Springer-Verlag, 534. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-662-01596-4
  11. Kobasko, N. I., Aronov, M. A., Powell, J. A., Totten, G. E. (2010). Intensive Quenching Systems: Engineering and Design. ASTM International, 234. doi: http://doi.org/10.1520/mnl64-eb
  12. Kobasko, N. (2017). A method for optimizing chemical composition of steels to reduce radically their alloy elements and increase service life of machine components. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 3–12. doi: http://doi.org/10.21303/2461-4262.2017.00253
  13. Rath, J., Lübben, T., Hunkel, M., Hoffmann, F., Zoch, H.-W. (2009). Grundlegende Untersuchungen zur Erzeugung von Druckeigenspannungen durch Hochgeschwindigkeits-Abschrecken. HTM Journal of Heat Treatment and Materials, 64 (6), 338–350. doi: http://doi.org/10.3139/105.110037
  14. Rath, J., Lübben, T., Hoffmann, F., Zoch, H.-W. (2010). Generation of compressive residual stresses by high speed water quenching. International Heat Treatment and Surface Engineering, 4 (4), 156–159. doi: http://doi.org/10.1179/174951410x12851626812970
  15. Zoch, H. W., Schneider, R., Lübben, T. (2014). Proc. of European Conference on Heat Treatment and 21st IFHTSE Congress. Munich, 566
  16. Kobasko, N. (2013). Pat. No. 114174 UA. Alloyed Low Hardenability Steel and Method of its Composing. MPK: C22C 38/40, C22C 38/08, C21D 1/18, C22C 38/24, C22C 38/46, C21D 9/00, C22C 38/12. No. a 2013 11311. declareted: 23.09.2013; published: 10.05.2017, Bul. No. 9.
  17. Kobasko, N. (2018). Optimal Hardenability Steel and Method for Its Composing. Lambert Academic Publishing, 122.
  18. Kobasko, N. I. (2019). Uniform and Intense Cooling During Hardening Steel in Low Concentration of Water Polymer Solutions. American Journal of Modern Physics, 8 (6), 76–85.
  19. Kobasko, N. I. (2020). Mechanism of Film Boiling Elimination and IQ Process Design for Hardening Steel in Low Concentration of Water Polymer Solutions. Global Journal of Science Frontier Research, 20 (7), 39–56. doi: http://doi.org/10.34257/gjsfravol20is7pg39
  20. Pat. No. 6,364,974 B2 US (2002). Quenching apparatus and method for hardening steel parts. Assignee: IQ Technologies, Inc. Appl. No. 09/551,082. Filed: 18.04.2000.
  21. Lykov, A. V. (1967). Teoriia teploprovodnosti. Moscow: Vysshaia shkola, 600.
  22. Kondratev, G. M. (1954). Regulyarnyi Teplovoy Rezhim. Moscow: Gostekhizdat, 364.
  23. Kondratev, G. M. (1957). Teplovye Izmereniya. Moscow: Mashgiz, 250.
  24. Kadinova, A. S., Kheifets, G. N., Taits, N. IU. (1963). O kharaktere teploobmena pri struinom okhlazhdenii. Inzhenerno-fizicheskii zhurnal, 6 (4), 46–50.
  25. Xie, L., Funatani, K., Totten, G. (Eds.) (2004). Handbook of Metallurgical Process Design. CRC Press, 957. doi: http://doi.org/10.1201/9780203970928
  26. Totten, G. E., Bates, C. E., Clinton, N. A. (1993). Handbook of quenchants and quenching technology. ASM international, 513.
  27. Kobasko, N., Guseynov, Sh., Rimshans, J. (2019). Core Hardness and Microstructure Prediction in Any Steel Part. Lambert Academic Publishing, 104.
  28. Aronov, M. A., Kobasko, N. I., Powell, J. A., Totten, G. E. (2010). Intensive Quenching of Steel Parts. ASM Handbook. Vol. 4A. Steel Heat Treating Fundamentals and Processes, 198–212.
  29. Eshar, W. et. al. (1987). Technology of cooling at heat treating of materials. Chernuye metally, 6-7, 3–12.
  30. Buikis, A. (2020). Multidimensional Mathematical Models for Intensive Steel Quenching. Lambert Academic Publishing, 136.
  31. Petrash, L. V. (1959). Zakalochnye Sredy. Moscow-Leningrad: Mashgiz, 112.
  32. Kobasko, N. (2018). New approach in modifying quenching processes based on possibility of controlling steel’s surface temperature by insulating layer. EUREKA: Physics and Engineering, 6, 54–62. doi: http://doi.org/10.21303/2461-4262.2018.00788
  33. Bobinska, T., Buike, M., Buikis, A. (2010). Hyperbolic heat equation as mathematical model of steel quenching of L- shape samples. Proc. of the 5th IASME/WSEAS Int. Conf. on Continuum Mechanics, Fluids, Heat. Cambridge: WSEAS Press, 21–26.
  34. Mayinger, F. (1992). Thermo- and Fluiddynamic Principles of Heat Transfer During Cooling. Theory and Technology of Quenching, 41–72. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-662-01596-4_3
  35. Liscic, B. (2016). Measurement and Recording of Quenching Intensity in Workshop Conditions Based on Temperature Gradients. Materials Performance and Characterization, 5 (1), MPC20160007. doi: http://doi.org/10.1520/mpc20160007
  36. Felde, I. (2015). Liquid Quenchant Database – Determination of Heat Transfer Coefficient during Quenching. IDE 2015. Bremen, 265–274.
  37. Narazaki, M., Osawa, K., Shirayoshi, A., Fuchizawa, S. (1999). Influence of validity of heat transfer coefficients on simulation of quenching process of steel. Proceedings of the 19th ASM Heat Treating Society Conference. ASM International. Materials Park, 600–607.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-31

Як цитувати

Deyneko, L., & Kobasko, N. (2020). Спрощена методика прогнозування впливу інтенсивності охолодження при загартуванні на механічні властивості сталевих виробів. Technology Audit and Production Reserves, 4(1(54), 31–37. https://doi.org/10.15587/2706-5448.2020.210369

Номер

Том 4 № 1(54) (2020): Виробничо-технологічні системи

Розділ

Звіт про науково-дослідні роботи

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Leonid Deyneko, Nikolai Kobasko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.