Влияние церия на свойства стали Г13Л в упрочненном состоянии

Детали из стали Г13Л под воздействием больших удельных давлений, как известно, упрочняются с резким повышением твердости на поверхности.

Установлено, что наклеп приводит к значительному возрастанию прочностных свойств. Ударная вязкость и относительное удлинение стали Г13Л падают при этом более чем в 10 раз. При отрицательных температурах происходит еще более резкое охрупчивание этой стали в результате наклепа. Низкие пластические свойства наклепанного слоя являются, по-видимому, причиной повышенного износа деталей из стали Г13Л, работающих в условиях Севера.

Исследования показали, что обработка цериевыми сплавами повышает износостойкость крестовин стрелочных переводов, отливаемых из стали Г13Л. Однако в литературе отсутствуют сведения о влиянии церия и других редкоземельных элементов на свойства стали Г13Л в наклепанном (упрочненном) состоянии.

Ниже приведены результаты исследования влияния обработки ферроцерием на свойства стали Г13Л в упрочненном состоянии при отрицательных температурах.

Материалом для исследования служили стальные заготовки, выплавленные в высокочастотной печи емкостью 50 кг.

Шихтовыми составляющими в первой плавке были обрезки стали 10, металлический марганец и лигатура, содержащая 4% С, во второй плавке — обрезки стали 10 и ферромарганец. В качестве шлакообразующих использовали известковую смесь и бор-кальк. Окончательное раскисление проводили кристаллическим кремнием перед выпуском плавки. Температура стали при выпуске равнялась 1500° С, а при разливке — 1450° С. При отливке заготовок использовали песчано-глинистые формы, просушенные пламенем газовой горелки.

Для получения сравнимых результатов применяли следующую методику. Разливали половину плавки с заливкой заготовок для исследования. Затем на дно ковша вводили ферроцерий и силико-кальций и через 2—3 мин заливали второй комплекс заготовок.

Количество введенных силикокальция и ферроцерия и химический состав полученного металла приведены в таблице

Исследование распределения церия по зерну литой стали (содержащий 0,136% остаточного церия) проводили методами локального рентгеноспектрального анализа на установке МАР-1.

Отлитые заготовки для получения чисто аустенитного состояния обрабатывали по следующему режиму: нагревали до температуры 1080° С в камерной газовой печи со скоростью 200° в час, выдерживали 2,5 ч и охлаждали в проточной воде. Затем из них изготовляли образцы для испытаний на ударную вязкость и заготовки сечением 17 X 16 мм и длиной 60 мм, которые затем подвергали деформации по методике для изучения свойств стали в упрочненном состоянии. Степень деформации была равна 30% и определяли по соотношению:

где S₁ — площадь поперечного сечения образца до деформации;
S₂ — то же после деформации.

Из деформированного металла изготовили образцы для испытания на растяжение (тип II, ГОСТ 1497-61) и на ударную вязкость (тип I, ГОСТ 9454-60). Для испытания было изготовлено более трех образцов.

Металлографический анализ показал, что обработка ферроцерием и силикокальцием не оказала существенного влияния на изменение структуры стали в литом состоянии.

Локальным рентгеноспектральным анализом установлено, что церий распределяется по зерну литой стали равномерно; наблюдается некоторое обогащение им границ зерен.

Механические испытания стали проводили в наиболее жестких условиях при отрицательной температуре —60° С.

Испытания показали, что обработка ферроцерием с силико-кальцием (0,136% остаточного церия) повышает ударную вязкость с 0,6 до 1,3 Мдж/м².

При температуре —60° С предел прочности модифицированной стали увеличивается на 30%, а ударная вязкость повышается более чем в 2 раза.

Выводы

1. Исследования показали, что на свойства стали Г13Л в упрочненном (наклепанном) состоянии большое влияние оказывает модифицирование цериевыми сплавами. Присадка в жидкий металл ферроцерия с силикокальцием повышает прочность стали на 30% и ударную вязкость при отрицательной температуре более чем в 2 раза.


2. Положительно влияет церий на сталь, выплавленную и модифицированную в высокочастотной печи, при остаточном содержании церия в стали 0,06—0,13%. Церий распределяется по зерну литой стали равномерно.