چکیده: تأثیر فرآیندهای مختلف عملیات حرارتی بر عملکرد مواد ZG06Cr13Ni4Mo مورد مطالعه قرار گرفت. آزمایش نشان می دهد که پس از عملیات حرارتی در 1 010 ℃ نرمال سازی + 605 ℃ معتدل اولیه + 580 ℃ معتدل ثانویه، مواد به بهترین شاخص عملکرد می رسد. ساختار آن مارتنزیت کم کربن + آستنیت تبدیل معکوس، با استحکام بالا، چقرمگی در دمای پایین و سختی مناسب است. این الزامات عملکرد محصول را در استفاده از تولید عملیات حرارتی ریخته گری تیغه بزرگ برآورده می کند.
کلمات کلیدی: ZG06Cr13NI4Mo; فولاد ضد زنگ مارتنزیتی؛ تیغه
پره های بزرگ قطعات کلیدی در توربین های برق آبی هستند. شرایط سرویس قطعات نسبتاً سخت است و برای مدت طولانی در معرض ضربه جریان آب با فشار بالا، سایش و فرسایش هستند. این ماده از فولاد ضد زنگ مارتنزیتی ZG06Cr13Ni4Mo با خواص مکانیکی جامع خوب و مقاومت در برابر خوردگی انتخاب شده است. با توسعه نیروگاه های آبی و ریخته گری های مرتبط به سمت مقیاس بزرگ، الزامات بالاتری برای عملکرد مواد فولادی ضد زنگ مانند ZG06Cr13Ni4Mo مطرح می شود. برای این منظور، همراه با آزمایش تولید ZG06C r13N i4M یا تیغه‌های بزرگ یک شرکت تجهیزات برق آبی داخلی، از طریق کنترل داخلی ترکیب شیمیایی مواد، آزمایش مقایسه فرآیند عملیات حرارتی و تجزیه و تحلیل نتایج آزمایش، بهینه‌سازی یک نرمال‌سازی + گرمای دو برابری فرآیند تصفیه ZG06C r13N i4M o مواد فولادی ضد زنگ برای تولید ریخته گری که الزامات عملکرد بالا را برآورده می کند تعیین شد.
1 کنترل داخلی ترکیب شیمیایی
مواد ZG06C r13N i4M o فولاد ضد زنگ مارتنزیتی با استحکام بالا است که باید دارای خواص مکانیکی بالا و چقرمگی ضربه در دمای پایین خوب باشد. به منظور بهبود عملکرد ماده، ترکیب شیمیایی به صورت داخلی کنترل می‌شد، که به w (C) ≤ 0.04٪، w (P) ≤ 0.025٪، w (S) ≤ 0.08٪ نیاز داشت و محتوای گاز کنترل شد. جدول 1 محدوده ترکیب شیمیایی کنترل داخلی ماده و نتایج آنالیز ترکیب شیمیایی نمونه را نشان می دهد و جدول 2 الزامات کنترل داخلی محتوای گاز ماده و نتایج تجزیه و تحلیل محتوای گاز نمونه را نشان می دهد.
جدول 1 ترکیب شیمیایی (کسر جرمی، %)
| عنصر | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| الزام استاندارد | ≤0.06 | ≤1.0 | ≤0.80 | ≤0.035 | ≤0.025 | 3.5-5.0 | 11.5-13.5 | 0.4-1.0 | ≤0.5 |
|
| مواد تشکیل دهنده کنترل داخلی | ≤0.04 | 0.6-0.9 | 1.4-0.7 | ≤0.025 | 0.008 ≤ | 4.0-5.0 | 12.0-13.0 | 0.5-0.7 | ≤0.5 | ≤0.040 |
| نتایج را تجزیه و تحلیل کنید | 0.023 | 1.0 | 0.57 | 0.013 | 0.005 | 4.61 | 13.0 | 0.56 | 0.02 | 0.035 |
جدول 2 محتوای گاز (ppm)
| گاز | H | O | N |
| الزامات کنترل داخلی | ≤2.5 | ≤80 | ≤150 |
| نتایج را تجزیه و تحلیل کنید | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
ماده ZG06C r13N i4M o در یک کوره الکتریکی 30 تنی ذوب شد، در یک کوره LF 25T برای آلیاژسازی، تنظیم ترکیب و دما تصفیه شد و در کوره 25T VOD کربن زدایی و گاز زدایی شد، در نتیجه فولاد مذاب با کربن بسیار کم به دست آمد. ترکیب یکنواخت، خلوص بالا و محتوای گاز مضر کم. در نهایت، سیم آلومینیومی برای اکسید زدایی نهایی برای کاهش محتوای اکسیژن در فولاد مذاب و پالایش بیشتر دانه ها استفاده شد.
2 آزمون فرآیند عملیات حرارتی
2.1 طرح تست
بدنه ریخته‌گری به عنوان بدنه آزمایش استفاده شد، اندازه بلوک آزمایش 70 میلی‌متر × 70 میلی‌متر × 230 میلی‌متر بود، و عملیات حرارتی اولیه آنیل کردن نرم‌کننده بود. پس از مشورت با متون، پارامترهای فرآیند عملیات حرارتی انتخاب شدند: دمای نرمال سازی 1010 درجه سانتیگراد، درجه حرارت اولیه 590 درجه سانتیگراد، 605 درجه سانتیگراد، 620 درجه سانتیگراد، دمای معتدل ثانویه 580 درجه سانتیگراد، و فرآیندهای معتدل متفاوت برای آزمایش های مقایسه ای استفاده شد. طرح آزمون در جدول 3 نشان داده شده است.
جدول 3 طرح آزمایش عملیات حرارتی
| طرح آزمایشی | فرآیند آزمایش عملیات حرارتی | پروژه های آزمایشی |
| A1 | 1 010℃Normalizing+620℃ Tempering | خواص کششی چقرمگی ضربه سختی HB خواص خمشی ریزساختار |
| A2 | 1 010 ℃نرمالیزه + 620 درجه حرارت + 580 درجه حرارت | |
| B1 | 1 010℃Normalizing+620℃ Tempering | |
| B2 | 1 010 ℃نرمالیزه + 620 درجه حرارت + 580 درجه حرارت | |
| C1 | 1 010℃Normalizing+620℃ Tempering | |
| C2 | 1 010 ℃نرمالیزه + 620 درجه حرارت + 580 درجه حرارت |
2.2 تجزیه و تحلیل نتایج آزمون
2.2.1 تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی
از نتایج تجزیه و تحلیل ترکیب شیمیایی و محتوای گاز در جدول 1 و جدول 2، عناصر اصلی و محتوای گاز مطابق با محدوده کنترل ترکیب بهینه شده است.
2.2.2 تجزیه و تحلیل نتایج آزمون عملکرد
پس از عملیات حرارتی طبق طرح‌های آزمایشی مختلف، آزمایش‌های مقایسه خواص مکانیکی مطابق با استانداردهای GB/T228.1-2010، GB/T229-2007 و GB/T231.1-2009 انجام شد. نتایج تجربی در جدول 4 و جدول 5 نشان داده شده است.
جدول 4 تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی طرح های مختلف فرآیند عملیات حرارتی
| طرح آزمایشی | Rp0.2/Mpa | Rm/Mpa | A/％ | Z/％ | AKV/J(0℃) | مقدار سختی HBW |
| استاندارد | ≥550 | ≥750 | ≥15 | ≥35 | ≥50 | 210 تا 290 |
| A1 | 526 | 786 | 21.5 | 71 | 168، 160، 168 | 247 |
| A2 | 572 | 809 | 26 | 71 | 142، 143، 139 | 247 |
| B1 | 588 | 811 | 21.5 | 71 | 153، 144، 156 | 250 |
| B2 | 687 | 851 | 23 | 71 | 172، 165، 176 | 268 |
| C1 | 650 | 806 | 23 | 71 | 147، 152، 156 | 247 |
| C2 | 664 | 842 | 23.5 | 70 | 147، 141، 139 | 263 |
جدول 5 آزمون خمش
| طرح آزمایشی | تست خمش (d=25,a=90°) | ارزیابی |
| B1 | ترک 5.2×1.2 میلی متر | شکست |
| B2 | بدون ترک | واجد شرایط |
از مقایسه و تجزیه و تحلیل خواص مکانیکی: (1) نرمال کردن + عملیات حرارتی معتدل، ماده می تواند خواص مکانیکی بهتری را به دست آورد، که نشان می دهد که مواد دارای سختی پذیری خوبی هستند. (2) پس از نرمال کردن عملیات حرارتی، استحکام تسلیم و انعطاف پذیری (ازدیاد طول) تلطیف مضاعف در مقایسه با معتدل منفرد بهبود می یابد. (3) از بازرسی و تجزیه و تحلیل عملکرد خمشی، عملکرد خمشی فرآیند تست نرمال سازی B1 + تست منفرد واجد شرایط نیست، و عملکرد تست خمشی فرآیند تست B2 پس از تمپر مضاعف واجد شرایط است. (4) از مقایسه نتایج آزمایش 6 درجه حرارت مختلف، طرح فرآیند B2 1 010 ℃ نرمال سازی + 605 ℃ معتدل ثانویه + 580 ℃ معتدل ثانویه دارای بهترین خواص مکانیکی، با مقاومت تسلیم 687 مگاپاسکال، افزایش طول می باشد. 23 درصد، چقرمگی ضربه بیش از 160 ژول در دمای 0 درجه سانتیگراد، سختی متوسط 268HB، و عملکرد خمشی واجد شرایط، همه الزامات عملکرد مواد را برآورده می کند.
2.2.3 تجزیه و تحلیل ساختار متالوگرافی
ساختار متالوگرافی مواد B1 و B2 فرآیندهای آزمون بر اساس استاندارد GB/T13298-1991 تجزیه و تحلیل شد. شکل 1 ساختار متالوگرافی نرمالیزاسیون + 605 درجه درجه حرارت اول را نشان می دهد و شکل 2 ساختار متالوگرافی نرمالیزاسیون + تلطیف اول + تمپر دوم را نشان می دهد. از بازرسی و تجزیه و تحلیل متالوگرافی، ساختار اصلی ZG06C r13N i4M o پس از عملیات حرارتی مارتنزیت لت کم کربن + آستنیت معکوس است. از تجزیه و تحلیل ساختار متالوگرافی، دسته های مارتنزیت لت مواد پس از اولین تمپر ضخیم تر و طولانی تر هستند. پس از تمپر دوم، ساختار ماتریس کمی تغییر می کند، ساختار مارتنزیت نیز کمی تصفیه می شود و ساختار یکنواخت تر است. از نظر عملکرد، استحکام تسلیم و انعطاف پذیری تا حدی بهبود یافته است.
شکل 1 نرمال سازی ZG06Cr13Ni4Mo + یک ریزساختار معتدل
شکل 2 نرمال سازی ZG06Cr13Ni4Mo + ساختار متالوگرافی دوبار تلطیف
2.2.4 تجزیه و تحلیل نتایج آزمون
1) آزمایش تأیید کرد که مواد ZG06C r13N i4M o دارای سختی خوبی است. از طریق نرمال سازی + عملیات حرارتی معتدل، مواد می توانند خواص مکانیکی خوبی به دست آورند. استحکام تسلیم و خواص پلاستیکی (ازدیاد طول) دو تمپر پس از عملیات حرارتی عادی بسیار بیشتر از یک تمپرینگ است.
2) تجزیه و تحلیل آزمایش ثابت می کند که ساختار ZG06C r13N i4M o پس از نرمال سازی، مارتنزیت است و ساختار پس از تمپر، مارتنزیت کم کربن + آستنیت معکوس است. آستنیت معکوس در ساختار سکوریت شده دارای پایداری حرارتی بالایی است و تأثیر قابل توجهی بر خواص مکانیکی، خواص ضربه‌ای و خواص فرآیند ریخته‌گری و جوشکاری مواد دارد. بنابراین، این ماده دارای استحکام بالا، چقرمگی پلاستیک بالا، سختی مناسب، مقاومت در برابر ترک خوب و خواص ریخته گری و جوشکاری خوب پس از عملیات حرارتی است.
3) دلایل بهبود عملکرد معتدل ثانویه ZG06C r13N i4M o را تجزیه و تحلیل کنید. پس از نرمال شدن، گرم کردن و حفظ حرارت، ZG06C r13N i4M o پس از آستنیته شدن آستنیت ریزدانه تشکیل می‌دهد و پس از سرد شدن سریع به مارتنزیت کم کربن تبدیل می‌شود. در مرحله اول، کربن فوق اشباع موجود در مارتنزیت به شکل کاربید رسوب می کند و در نتیجه استحکام مواد را کاهش می دهد و انعطاف پذیری و چقرمگی مواد را بهبود می بخشد. با توجه به دمای بالای تلطیف اول، تلطیف اول علاوه بر مارتنزیت سکوریت شده، آستنیت معکوس بسیار ریز تولید می کند. این آستنیت‌های معکوس تا حدی به مارتنزیت در طول خنک‌سازی معتدل تبدیل می‌شوند، و شرایطی را برای هسته‌زایی و رشد آستنیت معکوس پایدار که دوباره در طی فرآیند تمپر ثانویه تولید می‌شوند، فراهم می‌کنند. هدف از تمپر ثانویه به دست آوردن آستنیت معکوس پایدار کافی است. این آستنیت‌های معکوس می‌توانند در طول تغییر شکل پلاستیک، تغییر فاز داده و در نتیجه استحکام و انعطاف‌پذیری مواد را بهبود بخشند. با توجه به شرایط محدود، مشاهده و تجزیه و تحلیل آستنیت معکوس غیرممکن است، بنابراین این آزمایش باید خواص مکانیکی و ریزساختار را به عنوان اهداف اصلی تحقیق برای تجزیه و تحلیل مقایسه ای در نظر بگیرد.
3 برنامه تولید
ZG06C r13N i4M o یک ماده فولادی ریخته گری فولاد ضد زنگ با استحکام بالا با عملکرد عالی است. هنگامی که تولید واقعی تیغه ها انجام می شود، ترکیب شیمیایی و الزامات کنترل داخلی تعیین شده توسط آزمایش، و فرآیند عملیات حرارتی نرمال سازی ثانویه + تمپر برای تولید استفاده می شود. فرآیند عملیات حرارتی در شکل 3 نشان داده شده است. در حال حاضر، تولید 10 تیغه بزرگ برق آبی تکمیل شده است و عملکرد همه نیازهای کاربر را برآورده کرده است. آنها بازرسی مجدد کاربر را پشت سر گذاشته اند و ارزیابی خوبی دریافت کرده اند.
برای ویژگی‌های تیغه‌های منحنی پیچیده، ابعاد بزرگ، سر محورهای ضخیم و تغییر شکل و ترک‌خوردگی آسان، برخی اقدامات فرآیندی باید در فرآیند عملیات حرارتی انجام شود:
1) سر شفت به سمت پایین و تیغه به سمت بالا است. طرح بارگذاری کوره برای تسهیل حداقل تغییر شکل، همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است، اتخاذ شده است.
2) اطمینان حاصل کنید که شکاف کافی بین ریخته گری ها و بین ریخته گری ها و صفحه زیرین آهن پد وجود دارد تا از خنک شدن اطمینان حاصل شود و اطمینان حاصل شود که سر شفت ضخیم الزامات تشخیص اولتراسونیک را برآورده می کند.
3) مرحله گرمایش قطعه کار چندین بار قطعه بندی می شود تا استرس سازمانی ریخته گری در طول فرآیند گرمایش برای جلوگیری از ترک خوردگی به حداقل برسد.
اجرای اقدامات عملیات حرارتی فوق کیفیت عملیات حرارتی تیغه را تضمین می کند.
شکل 3 فرآیند عملیات حرارتی تیغه ZG06Cr13Ni4Mo
شکل 4 طرح بارگیری کوره فرآیند عملیات حرارتی تیغه
4 نتیجه گیری
1) بر اساس کنترل داخلی ترکیب شیمیایی مواد، از طریق آزمایش فرآیند عملیات حرارتی، مشخص می شود که فرآیند عملیات حرارتی ZG06C r13N i4M o مواد فولاد ضد زنگ با استحکام بالا، یک فرآیند عملیات حرارتی 1 است. 010 ℃ نرمال سازی + 605 ℃ اعتدال اولیه + 580 ℃ معتدل ثانویه، که می تواند اطمینان حاصل کند که خواص مکانیکی، خواص ضربه ای در دمای پایین و خواص خمشی سرد مواد ریخته گری مطابق با الزامات استاندارد است.
2) مواد ZG06C r13N i4M o دارای سختی خوبی است. سازه پس از نرمال سازی + عملیات حرارتی دو بار تلطیف، مارتنزیت لت کم کربن + آستنیت معکوس با عملکرد خوب است که دارای استحکام بالا، چقرمگی پلاستیک بالا، سختی مناسب، مقاومت در برابر ترک خوب و عملکرد ریخته گری و جوشکاری خوب است.
3) طرح عملیات حرارتی نرمال سازی + دو بار تلطیف تعیین شده توسط آزمایش برای تولید فرآیند عملیات حرارتی تیغه های بزرگ اعمال می شود و خواص مواد همگی مطابق با الزامات استاندارد کاربر است.
زمان ارسال: ژوئن-28-2024
