Обчислення оптимальних температурних інтервалів аустемперингу матриці чавунів із кулястим графітом

Abstract

UK: Мета. В інтервалі температур аустемперингу бейнітних чавунів із кулястим графітом (БЧКГ) 260…420 ºC спостерігається адекватно до структурного стану зміна характеру поведінки функцій механічних властивостей. Завданням цієї роботи було вивчення впливу температури ізотермічної витримки на формування мікроструктури металевої матриці та механічних властивостей зразків із чавунів із кулястим графітом та обчислення оптимальних температурних інтервалів аустемперингу їх матриці. Методика. Досліджені чавуни з кулястим графітом термічно зміцнені ізотермічним гартуванням на промисловому устаткуванні за технологією підприємства «Амстед-Рейл». Термічно оброблені зразки підлягали металографічному аналізу та механічним випробуванням за стандартними методиками. Математичну обробку здійснювали з використанням програми «Microsoft Excel 2003». Апроксимацію експериментальних даних проводили за допомогою програмного забезпечення «Curve Expert». Подальший аналіз моделі щодо наявності екстремальних точок і точок перегинів кривих залежностей проводили із застосуванням програми MathCAD 14. Результати. У статті визначено температурні інтервали формування бейнітних структур металевої матриці БЧКГ: нижній бейніт (260…280 ºС), змішана бейнітна структура (300…360 ºС), верхній бейніт (360…420 ºС). Дослідження механічних властивостей БЧКГ продемонструвало інтенсивне монотонне зниження тимчасового опору руйнуванню в дослідженому інтервалі температур, закономірно протилежне за напрямком, але ідентичне щодо поведінки підвищення пластичних властивостей, та ступінчастий, відповідно до структурного стану, характер зміни твердості. Розгляд функції залежності твердості від температури аустемперингу проводили за допомогою апроксимації експериментальних даних. Здійснено аналіз моделі з точки зору пошуку екстремальних точок та точок перегину. Наукова новизна. Математичною обробкою функціональної залежності структурно-чутливої властивості (твердості) від температури аустемперингу визначено наявність точки перегину відповідного поліному та її положення. Практична значимість. Обчислені кількісні значення температурних інтервалів структуроутворення бейнітної матриці БЧКГ та відповідної поведінки властивостей виробів із них дозволяють прогнозно призначати промислові режими термічного зміцнення для деталей із специфічними умовами експлуатації.

RU: Цель. В интервале температур аустемперинга бейнитных чугунов с шаровидным графитом (БЧШГ) 260…420 ºС наблюдается адекватно структурному состоянию изменение характера поведения функций механических свойств. Задачей настоящей работы было изучение влияния температуры изотермической выдержки на формирование микроструктуры металлической матрицы и механических свойств образцов из чугунов с шаровидным графитом и вычисление оптимальных температурных интервалов аустемперинга их матрицы. Методика. Исследованные чугуны были термически упрочнены изотермической закалкой на промышленном оборудовании и по технологии предприятия «Амстед-Рейл». Термически упрочненные образцы подвергали металлографическому анализу и механическим испытаниям по стандартным методикам. Математическую обработку производили с использованием программного обеспечения «Microsoft Excel 2003». Аппроксимацию экспериментальных данных проводили с помощью программного обеспечения «Curve Expert». Дальнейший анализ модели на предмет наличия экстремальных точек и точек перегибов кривых зависимостей осуществляли с использованием программного обеспечения MathCAD 14. Результаты. В работе определены температурные интервалы формирования бейнитных структур металлической матрицы БЧШ: нижний бейнит (260…280 °С), смешанная бейнитная структура (300…360 ºС), верхний бейнит (360…420 ºС). Исследование механических свойств БЧШГ продемонстрировало интенсивное монотонное снижение временного сопротивления разрушению в исследованном интервале температур, закономерно противоположенное по направлению, но идентичное по поведению повышение пластических свойств, и ступенчатый, соответственно структурному состоянию, характер смены твердости. Рассмотрение функции зависимости твердости от температуры аустемперинга осуществляли с помощью аппроксимации экспериментальных данных. Проведен анализ модели с точки зрения поиска экстремальных точек и точек перегибов. Научная новизна. Математической обработкой функциональной зависимости структурно-чувствительной характеристики (твердости) от температуры аустемперинга определено наличие точки перегиба соответствующего полинома и ее положение. Практическая значимость. Вычисленные количественные значения температурных интервалов структурообразования бейнитной матрицы БЧШГ и соответствующего поведения свойств изделий из них позволяют прогнозно назначать промышленные режимы термического упрочнения для деталей со специфическими условиями эксплуатации.

EN: Purpose. In austempering temperature range 260…420 ºC of bainitic cast irons with nodular graphite (ADI) the changing of the behavior of functions of mechanical properties is observed adequately to the structural condition. Objective of present work was an investigation of temperature influence of isothermal holding on microstructure formation of metal matrix and mechanical properties of cast irons with nodular graphite specimens and to calculate the optimal temperature intervals of their matrix austempering. Methodology. Investigated globular graphite cast irons were thermally hardened by isothermal quenching on industrial equipment according to enterprise «Amsted-Rail» technology. Thermally treated samples were subject of metallographic analysis and mechanical tests according to standard methods. Mathematical processing carried out using the program «Excel 2003». Approximation of experimental data was done with software «Curve Expert». Further analysis of the model concerning the presence of extreme points and inflection points of the curve dependencies were realized using program «MathCAD 14». Findings. Temperature ranges of bainite structures forming in ADI metal matrix have been defined in the present work: lower bainite (260…280 °C), mixed bainite structure (300…360 °C), upper bainite (360…420 °C). Study of ADI mechanical properties demonstrated intense monotonous decreasing of ultimate tensile strengths in studied temperature range, naturally the opposite direction but identical regarding the behavior increased plastic properties and step — type, according to the structural condition, the nature of the changes in hardness. Consideration of the hardness functional dependence vs. austempering temperature obtained using experimental data approximation. Model analysis in terms of finding extreme points and inflection points was carried out. Originality. Mathematical processing of functional dependence of structurally sensitive properties (hardness) vs. austempering temperature determined the presence of point of corresponding polynomial curve inflection and its position. Practical value. Calculated quantitative values of ADI bainite matrix formation temperature intervals and appropriate behaviors of their products property, allow for forecasting prescribe industrial modes of thermal hardening for details of the specific conditions of operation.