Влияние дислокационной и зеренной структуры на образование межзеренных трещин в центробежнолитых заготовках из стали 40Х25Н20С2

Abstract

RU: Цель. Исследование причин межзеренной хрупкости и определения оптимальных условий формирования структуры центробежнолитых заготовок из стали 40Х25Н20С2, при которых исключается возможность образования горячих трещин Методика. Исследование структуры и свойств трубных заготовок выполнено на отливках из стали 40Х25Н20С2, полученных на горизонтальных машинах центробежного литья. Скорость вращения изложницы варьировали в пределах 900, 1200 и 1500 об/мин. Использовали специальные методы электролитического, химического и теплового травления для выявления зональной и дендритной химической и субструктурной неоднородности, дислокационной структуры. Для качественного и количественного анализа применяли локальный микрорентгеноспектральный анализ. Особенности образования вторичных зеренных границ в стали 40Х25Н20С2 исследовали в литом состоянии и после термической обработки. Результаты. Установлено, что изменения технологических параметров центробежного литья, приводящие к уменьшению зоны транскристаллизации и увеличению поверхностных зон равноосных кристаллов в структуре трубных заготовок из стали 40Х25Н20С2, позволяют ослабить склонность к хрупкому межкристаллитному разрушению. В исследуемых отливках возникают горячие трещины кристаллизационного происхождения, а также полигонизационные трещины. Показано, что на образование кристаллизационных трещин существенное влияние оказывает химическая неоднородность, а на образование полигонизационных трещин - субструктурная неоднородность, обуславливаемая формированием вторичных границ. Существенным резервом уменьшения склонности литой стали к образованию микротрещин является контроль величины и характера химической и субструктурной неоднородности. Научная новизна. Выявлена связь между первичными, дендритными формами кристаллизации аустенита и вторичной зеренной структурой. Полученные результаты подтверждают полигонизационную природу вторичных зеренных границ. Практическая значимость. Использование полученных результатов позволяет обосновано применять технологические параметры литья, обеспечивающие высокое качество отливок из высоколегированной стали 40Х25Н20С2.

UK: Мета. Дослідження причин межзеренної крихкості і визначення оптимальних умов формування структури відцентрово литих заготовок із сталі 40Х25Н20С2, при яких виключається можливість утворення гарячих тріщин Методика. Дослідження структури і властивостей трубних заготовок виконано на відливках зі сталі 40Х25Н20С2, отриманих на горизонтальних машинах відцентрового лиття. Швидкість обертання виливниці варіювали в межах 900, 1200 і 1500 об/хв. Використовували спеціальні методи електролітичного, хімічного і теплового травлення для виявлення зональної і дендритних хімічної та субструктурного неоднорідності, дислокаційної структури. Для якісного та кількісного аналізу застосовували локальний мікрорентгеноспектральний аналіз. Особливості утворення вторинних зерен границь у сталі 40Х25Н20С2 досліджували в литому стані та після термічної обробки. Результати. Встановлено, що зміни технологічних параметрів відцентрового лиття, що призводять до зменшення зони транскрісталізаціі і збільшенню поверхневих зон рівновісних кристалів у структурі трубних заготовок зі сталі 40Х25Н20С2, дозволяють послабити схильність до крихкого межкристалітного руйнування. У досліджуваних виливках виникають гарячі тріщини кристалізаційного походження, а також полігонізаційні тріщини. Показано, що на утворення кристалізаційних тріщин істотний вплив робить хімічна неоднорідність, а на утворення полігонізаційних тріщин - субструктурна неоднорідність, обумовлює формування вторинних границь. Істотним резервом зменшення схильності литої сталі до утворення мікротріщин є контроль величини і характеру хімічної та субструктурної неоднорідності. Наукова новизна. Виявлено зв'язок між первинними, дендритними формами кристалізації аустеніту та вторинної зерен структурою. Отримані результати підтверджують полігонізаційну природу вторинних зерен. Практична значимість. Використання отриманих результатів дозволяє обгрунтовано застосовувати технологічні параметри лиття, що забезпечують високу якість виливків з високолегованої сталі 40Х25Н20С2.

EN: Purpose. Investigating the causes of intergranular brittleness and determining the optimal conditions for the structure formation in centrifugal-cast billets (steel grade 40Х25Н20С2) to eliminate the possibility of hot cracking. Methodology. The structure and properties of hollow billets were analyzed using castings (steel grade 40Х25Н20С2) produced by true centrifugal casting (horizontal centrifugal casting machines). Rotation speed of the mold was varied between 900, 1200 and 1500 rev/min. Ad hoc methods of electrolytic, chemical and thermal etching were used to identify zonal/dendritic chemical and substructure inhomogeneity of the dislocation structure. For qualitative and quantitative assessment the X-ray electron probe analysis was applied. Features of secondary grain boundaries in 40Х25Н20С2 steel were examined in the cast state following thermal processing. Findings. It was found that changes in technological parameters of centrifugal casting leading to a reduction of the transcrystallization area and increased surface areas of equiaxed crystals in the structure of centrifugal-cast hollow billets (steel grade 40Х25Н20С2) allow reducing susceptibility to brittle intercrystalline fracture. Hot cracks of crystallization origin and polygonizational cracks form in castings. It is shown that formation of crystallization cracks is significantly affected by chemical heterogeneity, while formation of polygonizational cracks is affected by substructural heterogeneity caused by formation of secondary boundaries. A significant means to reduce susceptibility of cast steel to generation of microfraction is to control the scale and nature of chemical and substructural heterogeneity. Originality. A relation between the primary dendrite form of austenite and the secondary grain structure was detected. These results confirm the polygonizational nature of secondary grain boundaries. Practical value. Application of the obtained results allows substantiate use of casting process parameters, providing high quality of high-alloy steel castings (steel grade 40Х25Н20С2).