Эксплуатационные характеристики деталей из стали 110Г13Л определяются физико-математическими свойствами и состоянием упрочненного слоя, которые обусловлены высоким качеством стали, в первую очередь – характеристиками прочности и пластичности. Зная степень упрочнения поверхности высокомарганцовистой стали (ВМС) в данных условиях работы, можно оценить работоспособность деталей с различными исходными свойствами и использовать сталь 110Г13Л наиболее эффективно.
В производственных условиях образцы из ВМС, упрочненные статико-импульсной обработкой (СИО) при различных режимах, подвергались испытаниям на механические свойства: прочность (σв), предел текучести (σт), относительное удлинение (δ) и сужение (y), а также ударную вязкость (KCU).
Рассмотрим динамику механических характеристик образцов из стали 110Г13Л, упрочненных СИО в различных режимах. При изменении усилия статического воздействия в ходе СИО образцов из ВМС наблюдается различная степень деформации, а в плане микроструктурных изменений отмечается изменение размера зерна аустенита. Результаты лабораторных измерений представлены в таблице 1.
Одним из важных показателей, характеризующих качество ВМС, является ударная вязкость. Образцы для исследования на ударную вязкость изготавливали из стали 110Г13Л, упрочненной СИО и термообработанной. Испытания проводили по общепринятой методике согласно ГОСТ 7370-76. На рис. 1 представлены зависимости ударной вязкости от различного содержания углерода в образцах из стали 110Г13Л, термообработанных и упрочненных СИО. Каждое числовое значение ударной вязкости получено как среднее при испытании пяти образцов.
Таблица 1
|
№ образца |
Энергия удара Е, Дж |
Размер зерна аустенита, мм |
Механические характеристики образца |
||||
|
σв |
σт |
δ |
y |
KCU |
|||
|
МПа |
МПа |
% |
% |
МДж/м2 |
|||
|
1 |
6 |
0,450 |
720 |
380 |
14,3 |
17,2 |
1,84 |
|
2 |
12 |
0,125 |
830 |
520 |
16,4 |
19,6 |
2,03 |
|
3 |
18 |
0,087 |
960 |
680 |
18,2 |
22,3 |
2,15 |
|
4 |
24 |
0,062 |
1150 |
830 |
20,5 |
25,4 |
2,27 |
Степень деформации прямо пропорциональна усилию СИО, поэтому можно проследить зависимость характеристик прочности от указанных выше величин.
Исследуя полученные результаты по механическим характеристикам образцов, упрочненных СИО, сравним их с данными для образцов, упрочненных взрывом, на примере графиков изменения относительного удлинения от твердости по сечению образцов (рис. 1). Как видно из полученных зависимостей, статико-импульсное упрочнение наиболее эффективно и по характеристикам пластичности в сравнении с другими способами упрочнения.
В результате лабораторных исследований установлено, что с увеличением степени деформации механические характеристики стали 110Г13Л улучшаются (табл. 2).
Таблица 2
|
Механические характеристики |
Термообработанные образцы из ВМС |
Образцы ВМС упрочненные СИО |
|
Предел прочности σв, МПа |
620...850 |
950...1130 |
|
Предел текучести σт. , МПа |
300...340 |
400...450 |
|
Относительное удлинение δ, % |
15...35 |
20...40 |
|
Относительное сужение y, % |
15...25 |
20...30 |
|
Ударная вязкость KCU, Мдж/м2 |
1,6...1,8 |
2,0...2,4 |
|
Твердость, HB |
180..225 |
560...620 |
Рис. 1. Зависимость ударной вязкости (KCU) от содержания углерода (С): 1 – для образцов из ВМС, упрочненных СИО; 2 – для термообработанных образцов
Рис. 2. Зависимость предела прочности (σв) и предела текучести (σт) от степени деформации образцов из ВМС, упрочненных СИО
Таким образом, установлено, что у образцов из стали ВМС 110Г13Л, упрочненных СИО, характеристики прочности увеличились в 1,8…2 раза, показатели пластичности – на 25…30 % по сравнению с термообработанными образцами.