СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ВНЕПЕЧНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КАЧЕСТВО ТЯЖЕЛЫХ КОРПУСНЫХ ОТЛИВОК ИЗ ВЫСОКОПРОЧНОЙ СРЕДНЕЛЕГИРОВАННОЙ СТАЛИ

Рассмотрены способы повышения плотности и однородности строения литых заготовок ответственного назначения из высокопрочных легированных сталей. Показано, что только легирование не всегда обеспечивает необходимые механические и служебные свойства ответственных изделий, получаемых способом литья. Отмечается, что наиболее распространенный способ литья в песчаные формы не позволяет воздействовать на затвердевающий метал, а, следовательно, на структуру и свойства литого металла и возникающие при этом характерные трудно устранимые дефекты. Приведены основные технологические параметры литья в тонкостенные формы: толщина облицовочного слоя и металлической оснастки, способ подвода металла, технологические параметры заливаемого металла, способ создания направленного затвердевания отливки, а также количество и материал микрохолодильников. Приведены результаты исследования влияния внепечного воздействия на затвердевающий металл тяжелых корпусных отливок из специальной среднелегированной стали. Проанализировано качество металла отливок, полученных по следующим вариантам: суспензионной заливкой жидкого металла в металлооболочковую форму с принудительным охлаждением (комплексное воздействие), в металлооболочковую форму с принудительным охлаждением (внешнее воздействие), в объемную песчаную форму. Исследование макроструктуры показало, что наиболее крупное зерно получается в объемной песчаной форме, в центральной зоне отливки наблюдается усадочная пористость. Увеличение скорости кристаллизации и затвердевания приводит к измельчению структуры и повышению плотности металла по высоте и сечению отливки. Условия затвердевании влияют и на морфологию неметаллических включений и характер дендритной структуры. Отмеченные преимущества особенно заметны при комплексном воздействии на затвердевающую отливку. При этом происходит более резкое снижение температуры перегрева при вводе микрохолодильников и принудительном охлаждении тонкостенной формы, а также увеличение центров кристаллизации и повышение эффекта суспензионного питания на завершающей стадии затвердевания. Механические свойства стальных отливок, полученных с комплексным воздействием, особенно ударная вязкость и пластичность, значительно выше, чем у отливки, полученной в объемной песчаной форме. Повышение механических свойств объясняется ускоренным теплоотводом, измельчением структуры и повышением плотности металла отливки, а также более благоприятным распределением неметаллических включений. Не менее важным преимуществом разработанной технологии является повышение технологического выхода годного за счет снижения расхода металла на прибыли, повышение чистоты поверхности отливки и возможности отнесения этого способа в разряд малоотходных и ресурсосберегающих.

1. Higher-strength steel weldmants for submarine hulls - second status report. Applied Research laboratory United States Steel. 1965. -51 p.

2. High performance steel and titanium castings. National materials advisory board. National Academy of Sciences - National Academy of Engineering. Report NMAB-296. 1973. - 155 p.

3. Holmquist T.J. Strength and fracture characteristics of HY-80, HY-100 and HY -130 steels subjected to various strains, strain rates, temperatures and pressures. Armament Systems Division, 1987. -64 p.

4. Чернышов E.A., Романов А.Д., Романова Е.Д. Судостроительные стали серии HY// Черные металлы. 2014. № 8. С. 27 -31.

5. Горынин И.В. Экономнолегированные стали с наномодифицированной структурой для эксплуатации в экстремальных условиях // Вопросы материаловедения. 2008. №2. С. 7- 11.

6. Крылов В.В. О проектировании корпусов многоцелевых подводных лодок из высокопрочных сталей и титановых сплавов // Судостроение. 2006. № 1. С. 47 - 52.

7. Чернышов Е.А., Романов А.Д., Романова Е.Д. Развитие металлургических технологий производства и получения ответственных изделий из высокопрочных судостроительных сталей // Черные металлы. 2015. № 3. С. 33 - 37.

8. Base materials for critical application: requirements for low alloy steel plate, forgings, castings, shapes, bars and heads of HY-80/100/130 and HSLA 80/100.~U.S. Navy. Naval Sea Systems Command. NAVSEA2012. -228 p.

9. Wilson Alexander D. Production experience with new heavy plate grades for bridge and shipbuilding using microalloying. AIST Conference on Micro Alloyed Steels. July 2007. p. 47 - 58.

10. Advances in low carbon, high strength ferrous alloys. Naval Surface Warfare Center, Ship Materials Engineering Department Research and Development Report, Bethesda, Md. 1993. -48 p.

11. Porter L.F., Rathbone A.M., Rolfe S.Т., Dorschu K.E. Fourth quarterly progress report: development of an HY-130/150 weldment. Applied Research Laboratory United States Steel. 1964. - 44 p.

12. Boyce B.L., Crenshaw T.B., Dilmore M.F. The strain-rate sensitivity of high-strength high-toughness steels. Sandia National Laboratories. 2007. - 22 p.

13. Орыщенко А.С., Голосиенко C.A. Новое поколение высокопрочных судостроительных корпусных сталей // Судостроение. 2013. № 4. С. 73 - 76.

14. Производство отливок для энергомашиностроения / Под ред. И.Н. Примака и А.А. Бречко. -Л: Машиностроение, 1977. -256 с.

15. Гуляев А.П. Чистая сталь. - М.: Металлургия, 1975. - 184 с.

16. Качество слитка спокойной стали / М.И. Колосов, А.П. Строганов, Ю.Д. Смирнов, Б.П. Охримович. - М.: Металлургия, 1973. -408 с.

17. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. - 762 с.

18. Ефимов В.А. Разливка и кристаллизация стали. - М.: Металлургия, 1976. - 552 с.

19. Рыжиков А.А., Рощин М.И., Фокин В.И. Совершенствование технологии стального литья. - М.: Машиностроение, 1977. 143 с.

20. Чернышов Е.А. Исследование двухфазной зоны стальных отливок, формирующихся в тонкостенных металлооболочковых формах// Литейное производство. 2003. № 11. С. 17 - 19.

21. Затуловский С.С. Суспензионная заливка. - Киев: Наукова думка. 1981.-260 с.

22. Тимофеев Г.Н. Механика сплавов при кристаллизации слитков и отливок. - М.: Металлургия, 1977. - 160 с.