Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог


ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008



жүктеу 5.12 Mb.
Pdf просмотр
бет16/41
Дата15.03.2017
өлшемі5.12 Mb.
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   41

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
119
 
                            
02
д
σ
σ
 = 
σ
,        
                                            (18) 
получим   
                          
Δln 
ε&
 (
Δσ02) = α
σ′
Δ
,
                                          (19) 
или 
   
 
      
Δ
ε&
 (
Δσ02) = exp(α
σ′
Δ
),                        
              
(20) 
 
где  
σ′
Δ

2
σ′

1
σ′

1
σ′

1
02
д
σ
σ

2
σ′
 = 
2
02
д
σ
σ

 
В данном случае изменение скорости ползучести полностью определяется изменением 
напряженности.  Уравнение (84) говорит  о  том,  что  с  увеличением  напряженности, 
скорость  ползучести  возрастает.  Это  соответствует  полученным  на  исследованных 
материалах экспериментальным данным. 
 
Решая  аналогичным  образом  системы  из  двух  логарифмических  уравнений  при 
переменных 
σд, σ02, Т приходим к обобщенному уравнению, которое имеет вид 
 
                          
Δ
ε&
 (
Δσд,Δσ02, Δт) = exp[α(ΔТ
2
1
пл
т
т
т
 +
σ ′′

Δ
)
],                                
  
(21) 
где  
σ ′′

Δ

2
σ ′′

-
1
σ ′′

,  
1
σ ′′


1
02
д1
σ
σ

2
σ ′′


2
02
д2
σ
σ
.  
 
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1
-
с
 
ε,
 
1.4     1.6    1.8      2.0     2.2      2.4    2.6     1000/Т, К
-1 
10
-8 







10
-9 



ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
120
 
 
 
 
 
Рисунок 1 -  Температурная зависимость скорости ползучести  Cu99.99% (1) при 
постоянном действительном напряжении 30.2
±0.4 МПа, и сплава Д16 (2) при постоянном 
действительном напряжении 390
±5.8 МПа 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 - Cu99.99%, 
σ
д
 = 30.2
±0.4 МПа; 2 - Д16, σ
д
 =390
±5.8 МПа. 
Рисунок 2 - Зависимость скорости ползучести от приведенной температуры 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Рисунок 3 – Зависимость скорости ползучести сплава03Х20Н45М4БРЦ от единого 
приведенного параметра 
Заметим,  что  уравнение (21) является  общим.  Первый  член  в  скобках 
представляет собой  вклад  за  счет  изменения  температуры,  а  второй за  счет  изменения 
напряженности. 
 
   2.2               2.4               2.6                           Т
пл
/Т 
10
-9 



10
-8 



2
1

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
121
 
Выводы 
 
Полученные уравнения дают возможность прогнозирования изменения скорости 
ползучести в зависимости от изменения температурно-силовых условий. 
 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1  Ибрагимов  Ш.Ш.,  Айтхожин  Э.С.,  Кусаинов  С.К.,  Пятилетов  Ю.С.,  Чумаков  Е.В.. 
Внутриреакторная ползучесть алюминия //Алматы, Вопросы атомной науки и техники, № 4(32), 
1984, с.71-77. 
2  Ибрагимов  Ш.Ш.,  Айтхожин  Э.С.,  Чумаков  Е.В..  Влияние  реакторного  облучения  на 
ползучесть поликристаллической меди // Алматы, Известия АН КазССР, № 2, 1986, с.19-23. 
3 Ибрагимов Ш.Ш., Айтхожин Э.С., Чумаков Е.В.. Влияние напряжения на ползучесть 
поликристаллической  меди  при реакторном  облучении // Алматы,  Известия  АН  КазССР, № 4, 
1986, с.3-5. 
4 Айтхожин Э.С., Аристов П.А., Чумаков Е.В.. Сравнительный анализ закономерностей 
реакторной  и  термической  ползучести  поликристаллической  меди //Алма-Ата, «Наука», 
Радиационные дефекты в металлах,  1988, с.153-157. 
5 Aitkhozhin E.S., Chumakov E.V. Radiation-indused creep of copper, aluminium and their 
alloys //J.Nuclear Materials, 1996, vol. 233-237, p.537-541. 
6 Aitkhozhin E.S., Y.S. Pyatiletov and Chumakov E.V. In-Reactor Creep Regularities of 
Copper // Effects of Radiation on Materials. 19
th 
International Symposium. ASTM STR 1366, M.G. 
Hamilton, A.S.Kumar, S.T.Rosinski and M.J.Grossbeck, Eds., American Society for Testing and 
Materials, West Conshoken, PA, 1999, р.725-735. 
7 Чумаков Е.В., Ермаков Е.Л.,  Петухов П.В.,  Липинская  Е.А.. Реакторная ползучесть 
высоконикелевых  сплавов /VIII-ая  Межд.  конф. «Физика  твердого  тела»,  Алматы, 2004, с. 
389-399. 
8  Айтхожин  Э.С.,  Чумаков  Е.В.,  Нестерова  А.Ю..  Использ
ование  диаграммы 
растяжений при испытании на ползучесть металлов //Известия НАН РК, Алматы, 1994, 
№6, с.32-37. 
9  Чумаков  Е.В.  Ползучесть  стали 12Х18Н10Т  после  реакторного  облучения 
//Ядерная физика и радиационное материаловедение. Вестник НЯЦ РК, вып.4, 2002, с.32-
35. 
10 Чумаков Е.В. Высокотемпературная ползучесть стали 03Х20Н45М4БРЦ // Вестник 
АГУ, №1(7), 2003, с. 234 – 239. 
11  Чумаков  Е.В.  Реакторная  и  термическая  ползучесть  металлов  и  сплавов.  Теория  и 
эксперимент / Мат-лы III-й  международной  конференции  «Ядерная  и  радиационная  физика», 
2001, Алматы, т. II, с.510-522. 
12  Чумаков  Е.В.  Приведенные  параметры  ползучести  металлов  и  сплавов  /Мат-лы 
Межд. конф. «Состояние и перспективы развития механики и машиностроения в Казахстане», 
2007, Алматы, т.II, с. 202-207.  
 
 
УДК 669.017+621.78:628.517.2     
 
Батесова Фируза Кайсарбековна - преподаватель (Алматы, КазНТУ) 
 
ИССЛЕДОВАНИЕ МИКРОСТРУКТУРЫ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ 
ПОСЛЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ 
 
Бурное  развитие  науки  и  техники,  рост  мощностей  и  скоростей  работы  машин  и 
механизмов приводят к наибольшему усилению шумов и вибраций, являющихся одними 
из  основных  факторов,  определяющих условия  труда  и отдыха.  В  настоящее время  шум 
стоит  на  третьем  месте  по  значимости  среди  факторов  загрязнения  окружающей  среды, 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
122
после  загрязнении  воздушной  среды.  Согласно  исследованиям,  уровень  шума 
воздействующего на человека удваивается каждые 10 лет. 
Наиболее  перспективным  методом  снижения  шума  ударного  происхождения 
является использование металлических материалов на основе железа (стали и сплавов) с 
повышенными  демпфирующими  свойствами  с  низким  содержанием  легирующих 
элементов /1/. 
В  качестве  объекта  исследования  выбрали,  конструкционные  стали 20Л, 30Л, 45Л, 
55Л, из которых изготавливаются станины, корпуса, муфты, тормозные диски, шестерни, 
так и новые выплавленные демпфирующие стали ФК-1, ФК-2, ФК-3, ФК-4 легированные  
хромом, кремнием, марганцем и никелем. 
Принципы легирования сплавов в работе основаны на изучении диаграмм состояния 
Fe-C, Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Si и Ni металлический.  Хром,  кремний    и  марганец  относятся  к 
числу    наиболее    часто  используемых    специальных    легирующих  элементов.  Добавки  
легирующих    элементов    изменялись      в    следующих    пределах:  хрома  от 0,6 до 1, 2%, 
марганца  от 0,9% до 1,4%, кремния 0,8% до 1%, никеля  от 0,75 до 1,5%. 
Углеродосодержащей  добавкой  служил  синтетический  чугун  с  содержанием  углерода 
3,9%. Хром способствует  получению  высокой  и равномерной  твердости сталей.  Стали,  
легированные  хромом имеют более  высокую  прокаливаемость.   
Марганец    повышает  прочность  стали,  и  уменьшает    красноломкость  стали. 
Никель заметно повышает предел текучести стали. Добавки  марганца  1-1,4% влияют на  
демпфирующие  свойства    сплавов.  Кремний - химический  элемент,  постоянно 
присутствующий  в  сталях, при этом он оказывает значительное  влияние  на  состав  и 
характер  неметаллических  включении /2/.  
Характеристики звукоизлучения сплавов исследовали после ковки, нормализации, 
отжига, закалки.  
При  исследовании  акустических  характеристик  образцов  после  ковки 
шумоизлучение у стандартных и разработанных сплавов почти не изменилось, кроме ФК-
2 и ФК-3 у которых уровень звука понизилось на 4 и 2 дБА, а уровень звукового давления 
в  среднем  на 3 дБ  в  среднегеометрических  частотах.  Акустические  характеристики 
литейных  конструкционных  сталей  после  ковки  при  соударении  даны  в  таблице 1 и 
рисунке 1. 
 
Таблица 1 - Акустические  характеристики  литейных  конструкционных  образцов  сталей 
после ковки  
 
Уровни звуковых давлений, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими 
частотами, Гц 
Марка 
образца 
63 125
250 500
1000
2000
4000
8000 16000
Уровень 
звука, 
дБА 
20Л 49,9 88,9
91,7 93,5
105,8 105,5
102,3
107,3  101,6 
107 
30Л 53 65,9
91,2 91,3
107,2 107,4
104,1
106,8 103,4  106 
45Л 48 87 92 92 107 108 104 106  102  109 
55Л 52,3 63 90,2 90  106  107  108  108  106 
110 
ФК-

48 87 90 92 104 105 105 106  106  107 
ФК-

39 74 79 80  92  93  95  94  95 
97 
ФК-

45 78 80 85  97  98  97  97  98  100 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
123
ФК-

47 86 88 91 103 104 105 105  104  106 
 
Для  дальнейшего  исследования  влияния  термообработки  на  акустические 
характеристики  сплавы  подвергались  нормализации.  Нормализация  вызывает  полную 
фазовую  перекристаллизацию  структуры  стали  и  устраняет  крупнозернистость, 
полученное  при  литье  или  ковке.  Охлаждение  на  воздухе  приводит  к  распаду  аустенита 
при  более  низких  температурах,  что  повышает  дисперсность  феррито-цементитной 
структуры и увеличивает количество перлита. 
Микроструктурный  анализ  проведен  с  помощью  микроскопа  МИМ-7  и  большого 
микроскопа  отраженного  света NEOPHOT-32. Строение  металлической  основы 
определено при травлении шлифа раствором 5% азотной кислоты. Микроструктура ФК-2 
сплава дана на рисунке 2.  
Микроструктурный  анализ  ФК-2  показывает  об  образовании  мелкозернистой 
структуры  и  увеличении  перлита,  которое  в  свою  очередь  не  повлияло  на  акустические 
свойства исследуемых образцов. 
 
 
35
45
55
65
75
85
95
105
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16000
A
Частота, Гц
УЗ
Д

дБ
20Л
30Л
45Л
55Л
ФК-1
ФК-2
ФК-3
ФК-4
 
 
Рисунок 1 - Характеристики литейных конструкционных сталей после  ковки  
 
 
 
                                 а                                                        б 
 
 
    в                                                           г 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
124
 
  
 д 
Рисунок  2 - Микроструктура сплава ФК-2 после литья (а), горячей ковки (б), 
нормализации (в), отжига (г), закалки (д) 
 
При проведении отжига в структуре сплава стали происходят такие процессы как 
гомогенизация, рекристаллизация и снятие остаточных напряжений, протекание которых 
не зависит от фазовых превращений в структуре сплава.  
Температура  нагрева  при  отжиге  равнялась 1100-1200
0
С,  которая  необходима  для 
полного  протекания  диффузионного  процесса,  выравнивающий  состав  в  отдельных 
объемах  стали.  Общая  продолжительность  отжига  (нагрев,  выдержка  и  медленное 
охлаждение 8 ч.) 
В результате диффузионного отжига получается крупнозернистая микроструктура. 
Увеличение  в  стали  содержания  углерода  и  легирующих  элементов  повышает 
температуру  рекристаллизации (730
0
С, 0,5 ч.),  после  которого  зерно  феррита  принимает 
овальную или округлую ферму с размерами 5-8 балла (рисунок 2 (а)). 
При проведении отжига в структуре сплава стали происходят такие процессы как 
гомогенизация, рекристаллизация и снятие остаточных напряжений, протекание которых 
не  зависит  от  фазовых  превращений  в  структуре  сплава.  Акустические  характеристики 
литейных конструкционных сталей после нормализации  при соударении даны в таблице 2 
и рисунке 3. 
 
Таблица 2-Акустические  характеристики  литейных  конструкционных  сталей  после 
нормализации 
 
Уровни звуковых давлений, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими 
частотами, Гц 
Марка 
образца 
63 125
250 500
1000
2000
4000
8000 16000
Уровень 
звука, 
дБА 
20Л 51 90 93 94 106 106 104 107  102  107 
30Л 53 91 95 96 106 106 104 108  109  110 
45Л 50 90 97 97 107 110 106 109  104  112 
55Л 57 64 91 92 107 111 111 110  107  113 
ФК-

52 89 92 94 103 104 105 104  105  107 
ФК-

41 
75 80 82 94 94 95 95  94  97 
ФК-

45 
79 82 87 98 95 96 97  97  100 
ФК-

48 87 89 92 103 104 104 105  106  107 
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
125
35
45
55
65
75
85
95
105
115
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16000
A
Частота, Гц
УЗ
Д

дБ
20Л
30Л
45Л
55Л
ФК-1
ФК-2
ФК-3
ФК-4
 
 
Рисунок 3 - Характеристики литейных конструкционных сталей после 
нормализации 
 
Температура  нагрева  при  отжиге  равнялась 1100-1200
0
С,  которая  необходима  для 
полного  протекания  диффузионного  процесса,  выравнивающий  состав  в  отдельных 
объемах  стали.  Общая  продолжительность  отжига  (нагрев,  выдержка  и  медленное 
охлаждение 8 ч.) 
В результате диффузионного отжига получается крупнозернистая микроструктура. 
Увеличение  в  стали  содержания  углерода  и  легирующих  элементов  повышает 
температуру  рекристаллизации (730
0
С, 0,5 ч.),  после  которого  зерно  феррита  принимает 
овальную или округлую ферму с размерами 5-8 балла (рисунок 2 (а)). 
При  полном  отжиге  (
3
C
+50
0
С)  происходит  полная  фазовая  перекристаллизация 
стали,  образуя  аустенит,  характеризующийся  мелким  зерном,  поэтому  при  охлаждении 
возникает мелкозернистая структура, обеспечивающая высокую вязкость и пластичность. 
При  этом  чрезмерное  повышение  температуры  нагрева  выше  точки 
3
C
A
вызывает 
рост зерна аустенита.  
 
Таблица 3 -Акустические характеристики литейных конструкционных сталей после 
отжига 
Уровни звуковых давлений, дБ, в октавных полосах со 
среднегеометрическими частотами, Гц 
Марка 
образца 
 
6

12

25

50

100

200

400

800

160
00 
Уровень 
звука, 
дБА 
 
 
20Л 
4

86 90 90 105 104 103 104 102  105 
30Л 
5

62 79 89 105 105 104 106 107  108 
45Л 
4

86 90 91 105 110 105 107 104  112 
55Л 
5

64 89 90 107 110 109 109 107  110 
ФК-1 4
85 87 89 103 102 103 104 103  105 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
126

ФК-2 3

73 77 79 93  93  94  93  94  95 
ФК-3 4

77 79 83 97  94  98  99  96  100 
ФК-4 4

85 87 89 102 104 103 103 104  105 
 
35
45
55
65
75
85
95
105
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16000
A
Частота, Гц
УЗ
Д

дБ
20Л
30Л
45Л
55Л
ФК-1
ФК-2
ФК-3
ФК-4
 
 
Рисунок 4 - Характеристики литейных конструкционных сталей после отжига 
 
Акустические характеристики литейных конструкционных сталей после отжига при 
соударении даны в таблице 3 и рисунке 4. Уровень звукового давления у разработанных 
сплавов в зависимости от среднегеометрических октавных частот в основном понижены в 
сравнении  с  известными  конструкционными  образцами  в  среднем  на 10дБ,  а  уровень 
звука  в  среднем  на 7 дБА.  Среди  разработанных  образцов  наилучшими  акустическими 
характеристиками обладает сплав ФК-2.  
Уровень  звукового  давления  при  низких  частотах  изменяется  от 39 до 79 дБ  при 
1000, 2000 и 8000 Гц -93 дБ, при 4000 и 16000 Гц-94 дБ. Тогда как при этих частотах эти 
значения у стандартных образцов намного выше (в среднем на 6-10 дБ). Причиной этого 
является  образование  мартенситной  структуры,  обеспечивающей  повышенную 
диссипацию звуковой энергии.  
На  высоких  частотах  у  исследуемых  сплавов  ФК-1  и  ФК-4 (от 2000 и 16000Гц) 
значения  уровня  звукового  давления  практически  одинаковы  (УЗД
200
=104дБА; 
УЗД
4000
=104÷105дБА;  УЗД
8000
=104÷105дБА;  УЗД
16000
=105÷106дБА),  отжиг  не  обеспечил 
значительного укрупнения зерен и утолщения границ зерен. 
 
Таблица 4 - Акустические характеристики литейных конструкционных сталей после 
закалки  
 
Уровни звуковых давлений, дБ, в октавных полосах со среднегеометрическими 
частотами, Гц 
Уровень 
звука, 
дБА 
 
Марка 
образца 
 
63 125
250 500
1000
2000
4000
8000 16000
 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
127
20Л 47 85 88 89 101 102 102  98  100  102 
30Л 49 60 87 85 102 102 104 104  102  105 
45Л 47 84 88 89 104 108 105 107  103  109 
55Л 50 62 87 87 103 104 108 108  103  107 
ФК-

45 83 86 88 102 105 100 103  100  104 
ФК-

36 
71 75 77 92 91 92 92  90  91 
ФК-

40 
74 77 79 79 92 96 94  95  98 
ФК-

44 83 85 87 100 101 103 102  100  102 
 
35
45
55
65
75
85
95
105
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
16000
A
Частота, Гц
УЗ
Д

дБ
20Л
30Л
45Л
55Л
ФК-1
ФК-2
ФК-3
ФК-4
 
 
Рисунок 5 - Характеристики литейных конструкционных сталей после закалки  
 
Для  деталей  оборудования,  которое  используются  в  отожженном  состоянии 
целесообразно использовать сплавы ФК-2 и ФК-3. 
Акустические  характеристики  литейных  конструкционных  сталей  после  закалки 
при соударении представлены в таблице 4 и рисунке 5. 
Закалка  заключается  в  нагреве  без  доступа  воздуха  стали  на 30-50
0
С  выше
3
C
A
  с 
выдержкой 30-40 минут  для  завершения  фазовых  превращений  и  последующим 
охлаждением  со  скоростью  выше  критической.  Охлаждение  проводили  в  масле.  При 
нагревании  стали  на 30-50
0
С  выше  точки 
3
C
A
,  стал  с  исходной  структурой  перлит + 
феррит,  приобретает  аустенитную  структуру,  которая  при  последующем  охлаждении  со 
скоростью выше критической превращается в мартенсит.   
Повышение  температуры  нагрева  под  закалку  (или  увеличение  длительности 
нагрева)  приводит  к  растворению  карбидов,  укрупнению  зерна  и  гомогенизации 
аустенита. 
   Микроструктура  сплава  ФК-2 (рисунок 2 (а,  б))  характеризуется резко  выраженной 
гетерогенной структурой при закаленном состоянии (95 дБА) с увеличенными размерами 
зерен,  а  после  закалки  структура  претерпевает  гомогенизацию,  за  счет  этого  идет 
снижение  уровня  шума  на 4 дБА  (УЗ
ФК-2 (закалка)
=91  дБА).  Так  как  здесь  наблюдается 
стабилизация структуры за счет полного растворения цементита в аустените. 

ҚККА Хабаршысы № 1 (50), 2008 
 
 
128
   Анализируя  табличные  данные  (таблица 4) и  рисунок 5 необходимо  указать  на  то, 
что  исследуемый  сплав  ФК-2  имеет  наименьшее  значение  уровня  звука (91 дБА),  у 
которого  звукоизлучение  на 11-17 дБА  меньше  чем  у  известных  литейных 
конструкционных сталей (УЗ
20Л
= 102дБА, УЗ
30Л
=105дБА, УЗ
45Л 
=109дБА, УЗ
55Л
=107дБА). 
Также  наблюдается  некоторое  пониженное  значение  уровня  звука  у  образца  ФК-3 
(УЗ=98  дБА),  которое  на 4-11 дБА  меньше  чем  у  стандартных  сталей.  Анализ  уровня 
звукового  давления  по  частотам  показывает,  что  на  всех  частотах (63-16000 Гц)  идет 
значительное понижение уровня звукового давления у образцов ФК-2 и ФК-3. Что также 
подтверждает  о  повышении  демпфирующей  способности  исследуемых  образцов  ФК-2  и 
ФК-3 после закалки. Кроме того, уровень звукового давления в среднем уменьшается на 4 
дБ, хотя уровень звука в среднем увеличился на 3 дБА после закалки у образцов ФК-1, и 
ФК-4, где демпфирующие свойства желают лучшего. 
Выводы 
По  результатам  термообработки  необходимо  сказать,  что  при  всех  четырех  видов 
термической обработки (ковка, нормализация, отжиг, закалка), наилучшие показатели по 
улучшению акустических характеристик и повышению демпфирующих свойств у образца 
ФК-2, у  которой  в  целом  УЗД уменьшился  по  всем  видам  термообработки на 8-10 дБ,  а 
уровень шума на 10-12 дБА. 
ЛИТЕРАТУРА 
 
1.  Сулеев  Д.К.,  Утепов  Т.Е.,  Батесова  Ф.К.  Акустические  свойства  металлических 
материалов // Сб.публ. «Безопасность  жизнедеятельности  (охрана труда, защита  в  чрезвычайных 
ситуациях, экология, валеология, токсикология, экономика и организация производства), Алматы., 
КазНТУ, 2005, вып. 2, с.33-35.  
2.  Фавстов  Ю.К.,  Шульга  Ю.Н.,  Рахштадт  А.Г.  Металловедение  высокодемпфирующих 
сплавов. М., Металлургия, 1980, 272 с.  
 
Каталог: material -> nauka -> vestnik
material -> Литература начала XIX века. Декабристское движение в России
material -> Диссертация Аннотация Бейсембаева Гүлшат Зейнелхабиденова
material -> Мұражай педагогикасының жоо білім беру жүйесіндегі орны
material -> Горячие булочки с маслом и медом и черный кофе, пожалуйста
vestnik -> Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог
vestnik -> Казахской академии транспорта
vestnik -> Железнодорожный путь, изыскание и проектирование железных дорог


Поделитесь с Вашими друзьями:
1   ...   12   13   14   15   16   17   18   19   ...   41


©emirsaba.org 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет