Purpose. The article is aimed to investigate the structural state formation of the new 09Cr3NiMo3VNbr steel after cementation and nitration with subsequent heat treatment. To determine the rational mode of thermochemical treatment, which will ensure the creation of a uniform diffusion layer and high mechanical and operational characteristics. Methodology. Thermochemical treatment was carried out on primary and secondary hardening in four versions using the SIEMENS and ACEA furnaces. Nitration was carried out in two stages. To identify the microstructure of pilot production steel the nitric acid etching in a 4% solution of nitrous acid was carried out, the metallographic studies were performed on the cross section of the samples on Axio Observed.D1m microscope. To determine the effective depth of the diffusion layers after cementation and nitration, microhardness was measured on LECO LM248AT instrument, and hot hardness measurements were performed on Wilson Rockwell Hardness Tester instrument. Findings. To obtain a homogeneous structural state of steel 09Cr3NiMo3VNbr and maximize the results of mechanical and performance characteristics, thermochemical treatment was performed according to the following mode: cementation at 930°C with a carbon potential of 0.22, 13 hours, annealing 650°C, 5-7 hours, hardening from 1 030°С with cooling in oil, three-time tempering 530°С, cold treatment – 70°С with a holding time of 1 h. 30 min. and subsequent tempering at 510°C, 1 hour. After cementation, hardening was carried out in the temperature range of 1000–1030°C to prevent oversaturation of the working diffusion layer and formation of a carbide mesh. Subsequent three-time tempering at 530°С and cold treatment of – 70°С for 1 h. 30 min. contribute to the decomposition of residual austenite and the formation of fine-grained tempering martensite. Originality. We developed the optimal mode of thermochemical treatment, which will ensure maximum mechanical and operational properties of steel 09Cr3NiMo3VNbr due to a predetermined ratio of the structural components of the cemented layer. Practical value. The tested mode of thermochemical treatment of multicomponent alloyed 09Cr3NiMo3VNbr steel, produced by Motor Sich JSC and Ivchenko–Progress, which was developed for the gears of aviation gearboxes of gas turbine engines of the new generation, significantly increases heat and power load.
Цель. В работе необходимо исследовать формирование структурного состояния новой стали 09Х3НМ3ФБч после цементации и последующей термической обработки и азотирования. Определить рациональный режим химико-термической обработки, который будет обеспечивать создание однородного диффузионного слоя и высокие механические и эксплуатационные характеристики. Методика. Химико-термическую обработку проводили на первичное и вторичное твердение по четырем вариантам с использованием печей SIEMENS и АСЕА. Азотирование проводили в два этапа. Для выявления микроструктуры стали опытно-промышленного производства проводили травление в 4 процентном растворе азотистой кислоты, металлографические исследования проводили по сечению образцов на микроскопе Axio Observed.D1m. Для определения эффективной глубины диффузионных слоев после цементации и азотирования измеряли микротвердость на приборе LECO LM248AT, а измерения горячей твердости проводили на приборе Wilson Rockwell Hardness Tester. Результаты. Для получения однородного структурного состояния стали 09Х3НМ3ФБч и максимальных результатов механических и эксплуатационных характеристик проводили химико-термическую обработку по режиму: цементация при 930 °С с углеродным потенциалом 0,22, 13 ч отжиг при 650 °С, 5–7 ч закалка от 1 030 °С с охлаждением в масле, трехкратный отпуск при 530 °С, обработка холодом – 70 °С с выдержкой 1 ч 30 мин и последующий отпуск при 510 °С 1 ч. После цементации закалку проводили в интервале температур 1 000–1 030 °С для предотвращения перенасыщения рабочего диффузионного слоя и образования карбидной сетки. Последующий трехкратный отпуск при 530 °С и обработка холодом –70 °С в течение 1 ч 30 мин способствовали распаду остаточного аустенита и образованию более мелкозернистого мартенсита отпуска. Научная новизна. Разработано рациональный режим химико-термической обработки, который обеспечивает максимальные механические и эксплуатационные свойства стали 09Х3НМ3ФБч благодаря заранее определенному соотношению структурных составляющих цементированного слоя. Практическая значимость. Апробированный режим химико-термической обработки многокомпонентной легированной стали 09Х3НМ3ФБч производства АО «Мотор Сич» и ГП «Ивченко–Прогресс», которая разработана для зубчатых колес авиационных редукторов газотурбинных двигателей нового поколения значительно увеличивает тепло- и энергонагрузку.
Мета. Дослідити формування структурного стану нової сталі 09Х3НМ3ФБч після цементації і наступної термічної обробки та азотування. Визначити раціональний режим хіміко-термічного оброблення, який забезпечуватиме створення однорідного дифузійного шару і високі механічні та експлуатаційні характеристики. Методика. Хіміко-термічну обробку проводили на первинне та вторинне твердіння за чотирма варіантами з використанням печей SIEMENS і АСЕА. Азотування проводили у два етапи. Для виявлення мікроструктури сталі дослідно-промислового виробництва проводили щавлення в 4 % розчині азотистої кислоти, металографічне дослідження проводили по перетину зразка на мікроскопі Axio Observed.D1m. Для визначення ефективної глибини дифузійних шарів після цементації та азотування вимірювали мікротвердість на приладі LECO LM248AT, а вимірювання гарячої твердості проводили на приладі Wilson Rockwell Hardness Tester. Результати. Для отримання однорідного структурного стану сталі 09Х3НМ3ФБч і максимальних результатів механічних та експлуатаційних характеристик проводили хіміко-термічну та термічну обробку за режимом: цементація 930 °С з вуглецевим потенціалом 0,22, 13 год., відпал 650 °С, 5-7 год., гартування від 1030 °С з охолодженням в маслі, трикратний відпуск 530 °С, обробка холодом -70 °С з витримкою 1 год. 30 хв. та наступний відпуск 510 °С, 1 год. Після цементації, гартування проводили в інтервалі температур 1000 … 1030 °С для запобігання перенасичення робочого дифузійного шару та утворення карбідної сітки. Наступний трикратний відпуск 530 °С та обробка холодом -70 °С впродовж 1 год. 30 хв. сприяли розпаду залишкового аустеніту та утворенню дрібнозеренного мартенситу відпуску. Наукова новизна. Розроблено раціональний режим хіміко-термічної та термічної обробки, який забезпечить максимальні механічні та експлуатаційні властивості сталі 09Х3НМ3ФБч завдяки наперед визначеному співвідношенню структурних складових цементованого шару. Практичне значення. Апробований режим хіміко-термічної обробки багатокомпонентної легованої сталі 09Х3НМ3ФБч, яка розроблена для зубчатих коліс авіаційних редукторів газотурбінних двигунів нового покоління виробництва АТ «Мотор Січ» та ДП «Івченко Прогрес», суттєво підвищує тепло- та енергонавантаження.
FEATURES OF FORMATION OF THE STRUCTURE AND PROPERTIES OF STEEL 09Cr3NIMo3VNBr DURING THERMOCHEMICAL TREATMENT.
ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ СТРУКТУРЫ И СВОЙСТВ СТАЛИ 09Х3НМ3ФБч ПРИ ХИМИКО-ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ.
ОСОБЛИВОСТІ ФОРМУВАННЯ СТРУКТУРИ ТА ВЛАСТИВОСТЕЙ СТАЛІ 09Х3НМ3ФБч ПРИ ХІМІКО-ТЕРМІЧНОМУ ОБРОБЛЕННІ
2019-08-15
Science and Transport Progress ; No. 4(82) (2019); 92-101
Article (Journal)
Electronic Resource
Ukrainian
microstructure , cementation , hardness , martensite , tensile strength , nitration , austenite , microhardness границя міцності , мартенсит , азотування , микротвердость , цементація , мікротвердість , аустеніт , азотирование , микроструктура , мікроструктура , цементация , твердость , предел прочности , твердість , аустенит
Metadata by SPU is licensed under CC BY 3.0
Scientific Periodicals of Ukraine | 2006
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2015
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2018
|Scientific Periodicals of Ukraine | 2014
|