Научный журнал
Современные наукоемкие технологии
ISSN 1812-7320
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,899

СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСКАТАННОЙ НА КЛИН РЕССОРНОЙ СТАЛИ 50ХГФА

Власов О.В. Галкин В.В. Пачурин Г.В.

Повышение эксплуатационной долговеч­ности автомобильных рессор при снижении их металлоемкости является важнейшей задачей современного производства. В процессе эксплу­атации рессоры испытывают воздействие цикли­ческих нагрузок. При этом их поведение в усло­виях знакопеременных нагрузок определяется многими факторами, оказывающими влияние на закономерности зарождения и распространение усталостных трещин. Условно их можно разде­лить на две группы.

Конкретная геометрия изделия, условия нагружения, величина и цикличность внешних нагрузок относятся к первой группе. Учитывая тот факт, что процесс зарождения и последую­щего распространения усталостных трещин ло­кален, определяющим при циклическом разру­шении являются не осредненные характеристи­ки сопротивления деформированию и разруше­нию, определяемые при статическом нагружении на образцах достаточно больших размеров, а ло­кальные характеристики и их сочетания. Основ­ным фактором второй группы является структурный, зависящий от химического и фазового со­става, собственно структуры и вида и режима термической обработки. Кроме того, на него вли­яет предшествующая технологическая пластиче­ская деформация в холодном или горячем состо­янии, которая одновременно может сочетаться с термической обработкой. При этом любой про­цесс листовой и объемной штамповки сопрово­ждается неравномерностью деформации.

Влияние пластической деформации на циклическую выносливость прослеживается как на микро уровне, при котором она изме­няет плотность и структуру дефектов кристал­лической решетки, так и макро уровне, когда в силу неравномерности деформации в объеме штампуемой заготовки возникают и остают­ся остаточные макро напряжения. Кроме того, контакт инструмента с заготовкой изменяет характер поверхностных микро неровностей и состояние приповерхностных слоев. Известно [1], что, влияние однородной предварительной деформации на усталостную прочность не од­нозначно. Так пластическое деформирование в области равномерных деформаций приводит, как правило, к повышению циклической дол­говечности металлоизделий. Однако, упрочне­ние при степенях меньших и больших равно­мерной пластической деформации, может от­рицательно повлиять на сопротивление уста­лости.

Нами были исследованы закономерно­стей изменения микро структурного строения очага деформации и механических свойств в по­лосе прямоугольного сечения заготовки рессор­ного листа стали 50ХГФА раскатываемой вал­ком на клин по плите.

Технология изготовления рессорного листа включает индукционный нагрев штуч­ной заготовки (полосовой горячекатаный про­кат прямоугольного сечения) и формообразую­щие операции: пробивку центрального отвер­стия, прокатку на клин обоих концов заготов­ки не приводными валками (скорость прокатки 200 мм/сек) и завивку ушков. Время цикла со­ставляет 1719 секунд. Далее лист подогрева­ется, гнется и проходит термообработку по за­водской технологии (закалка в масле и отпуск) с последующим дробеструйным упрочнением его поверхности. При этом имеются особенно­сти: раскатка заготовки на клин осуществля­ется за один проход, что означает разную сте­пень деформации по длине прокатанного ли­ста; производство автоматизированное, что приводит к значительной после деформаци­онной паузе и возможности прохождения рекристаллизационных процессов в металле; ис­пользуются заготовки сортового проката, це­левым образом по поставке не предназначен­ный для передела.

Установлено, что если при холодной об­работке по мере увеличения степени деформа­ции наблюдается повышение сопротивления деформированию (упрочнение или наклеп), то при горячей обработке процессы упрочнения и разу­прочнения происходят одновременно. При этом скорость рекристаллизации зависит от степени деформации. Тем самым, чем быстрее протека­ет рекристаллизация, а она определяется повы­шением показателей пластичности и уменьше­нием прочностных характеристик, тем большая степень деформации предшествовала рассма­триваемому моменту времени. Иными словами, с физической точки зрения, развитие локализа­ции деформации связано с существенным разу­прочнением металла.

Прочностные характеристики повторя­ют характер неравномерности изменения твер­дости по длине горячекатаной заготовки. Пока­затели пластичности имеют экстремум - мини­мум. После термической обработки заготовки наблюдается повышение твердости в 1,5 раза, пределов прочности и текучести в 1,5К2 раза и снижение пластичности в 2,5 раза, ударной вяз­кости в 1,25 раза. Полученные зависимости по­казателей механических свойств по длине горя­чекатаного листа сопоставимы со сформирован­ной структурой. По всей длине листа она состо­ит из сорбита и феррита. В результатам метал­лографического анализа обнаружена разнозернистость. Бал зерна изменялся в диапазоне но­меров 5^11 согласно ГОСТ 5639. Наибольшая величина зерна: номер 5^6 - соответствует ин­тервалу степеней деформации от 4% до 10% или расстоянию в интервале 100К200 мм от цен­трального отверстия. Очевидно, степень дефор­мации до 10% не приводит к интенсивному развитию рекристаллизационных процессов, хотя прочностные свойства при этом увеличиваются. Рост рекристаллизованного зерна может иметь объективное объяснение, так как соответствует интервалу критических степеней деформации, величина которых обычно соответствует 8^10%. При более высоких степенях деформации 20% возникает состояние горячего наклепа, который частично сохраняется при охлаждении. Это под­тверждается повышением прочности при неко­тором снижении пластичности.

Рентгеноструктурный анализ показал, что сталь 50ХГФА, в зависимости от вида об­работки, содержит следующие фазы: после го­рячей прокатки феррит, карбиды в виде цемен­тита и легированного цементита. После закал­ки и последующего отпуска, кроме выше пере­численных фаз, происходит выделение карбида ванадия. Установлено, что после термообработ­ки, изменения тонкой структуры, полученные при прокатке материала, не исчезли. Это выра­жается в увеличении размеров блоков мозаики и уровня микро напряжений с увеличением степе­ни деформации.

Результаты испытаний на усталость в це­лом качественно подтвердили данные деформи­рованного состояния по механическим характеристикам. Слои металла, имеющие большую ин­тенсивность рекристаллизационных процессов, и как следствие лучшую залечиваемость дефектов структуры, получаемых при деформации, имели большую эксплуатационную долговечность.

Оценка очага деформации, выполненная согласно значении твердости и анализа микро­структуры, свидетельствуют о неравномерной рекристаллизации по его объему, что, очевидно, определяется различной интенсивностью де­формации.

В производственных испытаниях ОАО «ГАЗ» рессорные листы, изготовленные на ав­томатизированных линиях, соответствуют тре­бованием конструкторской документации со­гласно ГОСТ Р 51585. В процессе эксплуата­ции малолистовые передние рессоры автомо­билей ГАЗель успешно прошли испытания по ОСТ 37.001.275 и соответствует требованиям ГОСТ 12.1.012 и ОСТ 31.001.291. Результаты лабораторных и стендовых испытания малоли­стовых рессор показали, что значения жестко­сти рессор, стрелы прогиба под контрольной на­грузкой 500 кг и величина средней долговечно­сти рессор при циклическом нагружении соот­ветствуют требованиям чертежа. Установлено, что причиной разрушения листов опытных ма­лолистовых рессор переменного профиля стала контактная усталость металла.

Анализ исследования влияния режима технологической обработки на эксплуатаци­онные характеристики малолистовых рессор в сравнении с многолистовыми, несмотря на не­которое снижение, после прокатки прочностных показателей металла не ухудшились, что может свидетельствовать о завышенной металлоемко­сти рессорного листа с переменным продоль­ным профилем.

Выводы

1. Форма локально деформированно­го объема соответствует геометрической моде­ли, предложенной СИ. Губкиным, при которой зоны локализации (интенсивного течения ме­талла) соответствуют направлениям максималь­ных тангенциальных напряжений.

2.  При клиновой раскатке в силу постоян­ного увеличения величины поверхности контак­та инструмента (ролика) с заготовкой постоянно изменяется направление максимальных танген­циальных напряжений от точки периметра кон­такта по ходу прокатки. Расположение ядра деформации с увеличением величины обжатия ме­няет свое положение: с начала прокатки до сте­пени обжатия 20% оно перемещается с прока­тываемых слоев на прилегаемые, а при дальней­шем увеличении, в частности до 40%, происхо­дит возращение на прокатываемые слои.

3.  Слои металла, имеющие большую ин­тенсивность рекристаллизационных процессов, и как следствие лучшую залечиваемость дефектов структуры, получаемых при деформации, имели большую эксплуатационную долговечность.

4.  По длине горячекатаной заготовки с увеличением степени деформации величина прочностных показателей увеличивается, а по­казателей пластичности уменьшается, проходя через экстремум в интервале степеней деформа­ции 15К20% в зависимости от слоя металла;

5.  Упрочнение, полученное в процессе го­рячей прокатки, после окончательной термооб­работки частично сохраняется, при этом харак­тер зависимостей прочностных характеристик и показателей пластичности металла прокатан­ной заготовки и заготовки после окончательной термической обработки от степени деформации одинаков;

6.  Структурные исследования горячеката­ного и термически обработанного металла сви­детельствуют о различных условиях формиро­вания горячедеформированной структуры, и ее влиянии на окончательные механические свой­ства рессорного листа.

7.  Эксплуатационные характеристики пе­редних малолистовых рессор в сравнении с мно­голистовыми, не смотря на снижение после про­катки прочностных показателей металла, от­ветственных за циклическую выносливость, не ухудшились, что может свидетельствовать о завышенной металлоемкости рессорного листа с переменным продольным профилем.

8.  Внедрение в производство рессор с од­ним листом переменного продольного профиля безусловно должно повлечь за собой либо изменение существующего технологического про­цесса его изготовления, либо требований, предъ­являемых к поставляемому прокату.

Список литературы

1. Пачурин Г.В. Теоретические основы повышения эксплуатационной долговечности штампованных металлоизделий: учеб. пособие / Г.В. Пачурин, А.Н. Гущин, В.В. Галкин и др. - Н. Новгород: НГТУ, 2006. - 173 с.


Библиографическая ссылка

Власов О.В., Галкин В.В., Пачурин Г.В. СТРУКТУРНО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА РАСКАТАННОЙ НА КЛИН РЕССОРНОЙ СТАЛИ 50ХГФА // Современные наукоемкие технологии. – 2010. – № 12. – С. 108-110;
URL: https://top-technologies.ru/ru/article/view?id=26224 (дата обращения: 20.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074