Механические свойства наплавленного металла

Механические свойства наплавленного металла характеризуются стабильностью и высокими показателями пластичности.

Из приведенных зависимостей следует, что жаропрочные свойства наплавленного металла и сварного соединения идентичны жаропрочным свойствам основного металла. Пластичность наплавленного металла при рабочих температурах 480— 540 °С и длительных испытаниях вполне удовлетворительная. Однако при длительных высокотемпературных испытаниях в большинстве случаев образцы разрушаются по наплавленному металлу.

Коэффициент линейного расширения и коэффициент теплопроводности характеризуют технологичность стали, необходимую конструкторам для расчетов. Сталь 20ХМФЛ обладает достаточно высокой теплопроводностью и низким коэффициентом теплового расширения, что свидетельствует о высокой технологичности при эксплуатации деталей узлов турбин, изготовленных из этой стали.

Модуль нормальной упругости характеризует прочность межатомных связей и, следовательно, жаропрочные свойства стали.

Сталь 15Х1М1ФЛ. Сталь 15Х1М1ФЛ, применяется для изготовления ответственных литых турбинных деталей и арматуры, работающих при температуре 565—570 °С. Жаропрочные свойства и коррозионная стойкость этой стали удовлетворяют условиям работы при 565—570 °С и давлении пара 140 ат.

После термической обработки отливок сталь 15Х1М1ФЛ должна удовлетворять следующим требованиям.

1. Механические свойства при 20 °С: ао2 = 35—55 кГ/мм2, оь > 50 кГ(мм2- 65 > 14 %; ф > 30 %; ак > 3 кГм/см9; НВ = = 140—205.

2. Жаропрочные свойства при 570 °С: предел длительной прочности за 100 000 час. не менее 9 кГ/мм2; предел ползучести при скорости 1Х Ю~50/о/час не менее 5 кГ/мм2.

Получение литой стали с указанными свойствами обеспечивается «мягкой» термической обработкой отливок по режиму:

а) гомогенизация при 1040—1060 °С, выдержка 1 мин. на 1 мм толщины стенки (наибольшей), охлаждение со скоростью 50—60 °С/час;

ферритоцементитная смесь и феррит

количественное соотношение которых колеблется в значительных пределах

б) нормализация с 980—1000 °С, выдержка 1 мин. на 1 мм толщины стенки; рекомендуемая скорость охлаждения 1000— 1500°С/час. Отливки весом более 0,5 т подвергаются охлаждению сжатым воздухом;

в) отпуск при 700—720 °С, выдержка 3 мин. на 2 мм толщины стенки, но не менее 5 час., охлаждение с печью (скорость 40'—50°С/час) до 350 °С, далее на воздухе.

Структура лигой стали после термической обработки по указанному режиму состоит из ферритоцементитной смеси и феррита, количественное соотношение которых колеблется в значительных пределах. В случаях, когда сталь имеет низкие прочностные свойства и в ее структуре преобладает феррит, производится повторная термическая обработка по приведенному выше режиму с исключением гомогенизации.

Главными причинами неоднородных механических свойств являются неравномерное охлаждение тонких и толстых частей отливки при нормализации и неблагоприятные условия кристаллизации стали в массивных «тепловых» узлах отливки. Сталь 15Х1М1ФЛ менее чувствительна к скоростям охлаждения при нормализации, чем сталь 20ХМФЛ, и поэтому неоднородность ее свойств меньше. Механические свойства стали 15Х1М1ФЛ в массивных частях (тепловые узлы) и в тонких частях термически обработанной отливки корпуса ЦВД (вес 9,4 г).

Из анализа результатов испытания стали в различных частях отливки следует, что масштабный фактор не вызвал большой неоднородности свойств. Значения прочностных и пластических свойств стали в разных местах отливки имеют сравнительно небольшой [разброс и соответствуют требованиям технических условий. Повышенные прочностные свойства стали в тонкой части отливки сочетаются с удовлетворительными пластическими свойствами стали. 50

Ударная вязкость стали

после длительной изотермической выдержки при рабочей температуре снизилась

Ударная вязкость стали после длительной изотермической выдержки при .рабочей температуре снизилась с 4,8 до 3,7 кГм/см2, а порог хладноломкости несколько сместился в область положительных температур. Микроструктурный и фазовый анализы свидетельствуют о достаточно высокой стабильности стали в процессе длительной выдержки. Карбидные включения обладают малой склонностью к коагуляции и выделению по границам зерен.

На основании данных ряда исследований установлены пределы длительной прочности и ползучести и связь между характеристиками жаропрочности и прочностью при 20 °С для стали 15Х1М1ФЛ.

Выявление закономерного изменения длительной прочности в зависимости от исходных характеристик прочности стали (структурного состояния) позволяет в заводских условиях ориентировочно оценивать жаропрочные свойства при контроле качества отливок.

График зависимости предела длительной прочности литой стали 15Х1М1ФЛ от прочностных свойств при 20 °С.

Наименьший предел текучести, обеспечивающий требуемый по техническим условиям предел длительной прочности равен 33—34 кГ/мм2. 

Результаты испытаний на сопротивление ползучести стали с пределом текучести 39,6 кГ/мм2. Образцы вырезали из отливки корпуса цилиндра весом 9,4 т.

Длительная изотермическая выдержка при 600 °С в течение 1000 час. и более практически не оказывает влияния на жаропрочные свойства стали.

Сварное соединение

после термической обработки имеет сравнительно невысокие механические свойства

На основании исследований свойств сварного соединения при сварке рекомендуется предварительный и сопутствующий подогрев стали 15X1М1ФЛ до 300 °С и выше, охлаждение со скоростью 50°С/час. Механические свойства наплавленного металла (после термической обработки) при различных температурах.

Механические свойства наплавленного металла характеризуются малыми величинами разброса, незначительной степенью разупрочнения и достаточно высокими пластическими свойствами.

После длительной изотермической выдержки наплавленный металл сохраняет высокие пластические свойства, что указывает на стабильность его структуры.

Сварное соединение после термической обработки имеет сравнительно невысокие механические свойства, кроме того, наблюдается неоднородность свойств. Однако при испытании все образцы разрушаются по основному металлу, что объясняется разупрочнением металла в узкой зоне (переотпущенная зона) вблизи сварного соединения. Следовательно, наиболее слабым местом в сборочных узлах литых деталей является сварное соединение с переотпущенной зоной основного металла отливки.