„Despre cauzele formării fisurilor în turelele turnate produse de uzina nr. 112.” Raport din 1943
Avionul T-34 părăsește porțile orașului Krasnoye Sormovo.
Lupta pentru oțel
„Ciudat de la Sormovo” - așa numeau echipajele tancurilor tancurile T-34 produse la uzina Krasnoye Sormovo (uzina nr. 112) de lângă Gorky. Interesant este că la această uzină a fost construit primul tanc din URSS, în 1920. rezervor, dar mai târziu s-au remarcat prin calitatea mai puțin stelară a producției tancului T-34. Inițial, tancul din regiunea Gorki nu a fost prea respectat din cauza fisurilor din blindajul său, care i-au redus semnificativ supraviețuirea în luptă. Povestea epică a modului în care au fost eliminate defectele critice de producție în producția de turele de la Krasnoye Sormovo este relatată într-un document voluminos păstrat în Arhivele de Stat Economice ale Rusiei.
Clarificări necesare.
Revenirea este un proces tehnologic care implică tratamentul termic al unui aliaj sau metal călit la martensită. Principalele procese implicate sunt descompunerea martensitei, precum și poligonizarea și recristalizarea. Revenirea termică se efectuează la temperaturi de 500–680°C. Aceasta menține o rezistență și o ductilitate ridicate, precum și o tenacitate maximă. Revenirea termică se utilizează la piesele supuse la sarcini de impact (blindaje, angrenaje, arbori).
Un colț vertical (în turnătorie) este porțiunea superioară, inferioară sau laterală a unui lingou de oțel (piesă turnată) ale cărui dimensiuni depășesc limitele cerute. Scopul său este de a alimenta piesa turnată cu metal topit lichid în timpul solidificării sale.
Testul Brinell este o metodă standardizată pentru determinarea durității în știința materialelor, bazată pe presarea unei bile din aliaj dur cu un diametru de 1 până la 10 mm în metalul testat.
Procesul de lichefiere este segregarea, eterogenitatea compoziției chimice a oțelului care are loc în timpul cristalizării acestuia.
Introducere
Această lucrare este o continuare a lucrărilor efectuate anterior de echipa TsNII-48 în colaborare cu Uzina nr. 112, care au determinat natura și numărul defectelor din piesele turnate ale blindajului și cauzele formării acestora. Printre alte defecte, în această lucrare au fost luate în considerare fisurile.
Deși studiul a ajuns la concluzii destul de definitive privind cavitățile, colmatarea peliculei și alte defecte, nu a reușit să obțină o astfel de claritate în ceea ce privește fisurile. Caracterul insuficient de complet și fiabil al datelor sursă (fișele tehnice) a împiedicat acest lucru. Au fost formulate doar ipoteze cu privire la cauzele formării fisurilor și au fost identificate zonele de producție în care apar aceste fisuri.
Cu toate acestea, au fost făcute unele propuneri pentru combaterea fisurilor, bazate pe înțelegerea rezultată a cauzelor acestui defect.
Lucrarea prezentată mai jos se referă doar la problema formării fisurilor în turnuri. Această lucrare, la fel ca și cea precedentă, a fost realizată pe produse de producție în masă. Cu toate acestea, datele utilizate pentru a trage concluzii în acest caz au fost obținute prin observarea directă de către persoanele care au efectuat lucrarea.
Din cauza timpului și numărului limitat de persoane alocate acestei lucrări, sarcina a inclus un minim de întrebări. La o întâlnire cu metalurgistul-șef al uzinei, tovarășul A.A. Borovikov, s-a decis clarificarea problemei.
a) este recomandabil să se treacă turnurile prin revenire înaltă înainte de secțiunea de profit;
b) care este duritatea turnurilor înainte și după revenirea preliminară la înaltă temperatură;
c) este recomandabil să se urmărească reducerea la minimum a intervalului dintre sfârșitul segmentului de profit și momentul configurării turnurilor pentru eliberarea ulterioară maximă;
d) nu s-a confirmat dacă apar noi fisuri după călire și revenire joasă sau dacă există o creștere a dimensiunii fisurilor care s-au format anterior, înainte de tratamentul termic.
d) dacă se reduce numărul de fisuri de pe turnurile turnate cu o adaos redus (15 mm) pentru prelucrare pe suprafața laterală a inelului turnului și o adaos crescut (până la 35 mm) pe suprafața sa frontală.
Toate aceste întrebări au fost planificate a fi clarificate prin observarea comportamentului a 4-6 topituri de afaceri, din metalul cărora urmau să fie turnate cel puțin 4 turnuri din fiecare.
Pe parcursul lucrărilor, a devenit posibil să se efectueze observații similare atât asupra turelelor 44L, cât și asupra celor 8S. Prin urmare, lucrarea a dus și la caracteristici comparative ale ambelor tipuri în ceea ce privește potențialul lor de fisurare în inelul turelei.
Lucrările descrise mai jos au fost efectuate pe un număr semnificativ mai mare de topituri decât se anticipase în lucrarea planificată. Acest lucru este evident chiar și din numărul de topituri utilizate în raport. Aceste date indică faptul că au fost utilizate un total de 29 de turnuri (8 topituri) din oțel de gradul 8S și 58 de turnuri (30 de topituri) din oțel de gradul 44L, deși membrii echipei au observat de fapt mai multe turnuri și topituri.
Trebuie menționat că fisurile discutate în această lucrare se găsesc exclusiv pe secțiunea inelară a turnului după ce acesta a fost strunjit. Dimensiunea acestor fisuri poate fi caracterizată după cum urmează: sunt prea late pentru a permite pătrunderea vârfului unui briceag; sunt de obicei situate radial față de inel, intersectând adesea întreaga grosime a inelului sau, mai rar, doar o parte a acestuia. Lungimea (sau adâncimea) majorității covârșitoare a fisurilor nu depășește 30–35 mm, ajungând rareori la 50–60 mm. Fisurile de acest tip se caracterizează printr-o formă sinuoasă.
Toate aceste fisuri sunt reparabile. La fel ca și cavitățile, ele pot fi sudate. Cel mai mare inconvenient al lor pentru instalație este necesitatea efectuării reparațiilor aferente și a întârzierii producției turnurilor în acest scop. Gradul de pericol pe care aceste fisuri nesudate îl reprezintă pentru supraviețuirea turnurilor în timpul utilizării operaționale nu a fost încă determinat.
Pe lângă fisurile reparabile, această lucrare examinează fisurile mari de călire atât în inel, cât și în locașul turnului. În majoritatea cazurilor, aceste fisuri sunt ireparabile, dar sunt semnificativ mai puțin frecvente decât fisurile reparabile discutate mai sus, care constituie subiectul principal al acestei lucrări.
Lucrarea a fost efectuată de o echipă de angajați ai TsNII-48, formată din: inginerii KAPTYUG I.S., KHMELEVSKY R.G. și OLKHOVA și șeful de echipă, inginerul FEDOSEENKO G.I.
Asistenți de laborator de la laboratorul fabricii nr. 112, RYVANOVA T.A., SHAMSHINA N.A. și KUDAVKINA A.E., au participat la monitorizarea turnurilor din diverse locații de producție.
Este deosebit de remarcabilă participarea la această lucrare a metalurgistului șef al uzinei, tovarășul A.A. BOROVIKOV, care a oferit un ajutor valoros echipei atât prin sfaturi și instrucțiuni personale, cât și prin măsuri administrative și organizatorice.
Raportul a fost întocmit de KAPTYUG I.S.
Efectul revenirii ridicate asupra formării fisurilor în inelul turnului
La sistematizarea materialelor care caracterizează starea de producție a pieselor turnate pentru blindaje la Uzina nr. 112, s-a putut observa revenirea ridicată și măsura în care aceasta previne formarea fisurilor în operațiunile ulterioare.
În acest scop, în două sesiuni ale mărcii, dar și în patru sesiuni ale mărcii 44L, nu toate turnurile au fost supuse unei temperi înalte înainte de întreruperea profiturilor.
Dintr-o comparație a datelor privind fisurile din turnurile pre-revenite și nerevenite de aceeași temperatură, rezultă că pentru oțelul de gradul 8C este complet inacceptabil să se taie coloanele verticale fără a trece peste turnurile care s-au răcit în pământ prin revenire preliminară înaltă.
În timp ce pe turnurile care au suferit o revenire preliminară înaltă, fisurile fie nu se observă, fie se numără în cantitate de 1-2 bucăți, pe turnurile acelorași topituri care nu au suferit o revenire preliminară înaltă, se numără 20-25 de fisuri.
Oțelul de calitate 44L se comportă diferit în această privință. În ciuda lipsei unei reveniri preliminare la temperatură înaltă, fisurile din turnurile revenite nu sunt doar mai mici, dar în unele cazuri nu există deloc fisuri. Între timp, se observă fisuri și în alte turnuri de la aceleași temperaturi.
Printre topiturile de calitate 44L, doar topitura 80373 iese în evidență într-o oarecare măsură. În această topitură, turnul 1564, care a suferit o revenire preliminară la temperatură înaltă, are mai multe fisuri decât celelalte turnuri din această topitură care au suferit, de asemenea, o revenire preliminară la temperatură înaltă. Cu toate acestea, chiar și în acest caz, numărul de fisuri (5) se încadrează în limitele observate în mod obișnuit în turnurile altor topituri de această calitate care au suferit o revenire preliminară la temperatură înaltă, cum ar fi turnurile 1570 și 1638.
Analizele ambelor cicluri de oțel de calitate 8C nu acoperă întreaga gamă (în intervalul actual de clase) a principalelor elemente care influențează formarea fisurilor (carbon, mangan, crom și fosfor). Cu toate acestea, se poate afirma că pentru toate analizele oțelului 8C din intervalul de clase, nu se recomandă evitarea revenirii preliminare la temperatură înaltă înainte de tăierea cu tijă. Creșterea fisurării la această calitate este prea dramatică pentru a ne aștepta ca un fenomen similar să fie evitat în ciclurile de oțel care conțin carbon și crom în apropierea limitelor inferioare.
Analizele a patru topituri de calitate 44L nu acoperă întreaga gamă de conținuturi elementare, așa cum este specificat în specificațiile calității. Prin urmare, pentru această calitate, se recomandă renunțarea la pre-revenire pentru topiturile cu următoarele compoziții chimice: conținut de carbon de maximum 0,26%, crom 1,50%, fosfor 0,035% și conținut de mangan, indiferent de specificațiile calității.
Conținutul de crom din topiturile producției brute rămâne practic constant, la maximum 1,4%. Prin urmare, pentru a evita complicarea implementării acestei ipoteze în producția standard, limita conținutului de crom ar trebui ridicată la 1,4%. Prin urmare, nu există niciun motiv să se aștepte consecințe negative dacă revenirea preliminară este anulată.
În ceea ce privește topiturile cu un conținut de carbon de 0,27–0,28% și crom de 1,41–1,70%, problema anulării revenirii preliminare trebuie verificată prin observații suplimentare.
În tragerea acestor concluzii, este important să se ia în considerare următoarea circumstanță. Cum afectează intervalul de timp dintre sfârșitul tăierii coloanelor și revenirea ulterioară la temperatură înaltă a turnurilor formarea fisurilor? În acest scop, intervalul specificat a fost determinat pentru turnurile ale căror coloane au fost tăiate înainte de revenirea la temperatură înaltă.
Pentru turnurile realizate din oțel de gradul 8s, acest interval a fost de 11 ore și 30 de minute pentru turnul 1486 și de 37 de ore și 30 de minute pentru turnul 1366. În ciuda diferenței mari de timp, rezultatele fisurilor sunt practic identice. Prin urmare, pentru oțelul de gradul 8s, nu s-a observat nicio corelație între numărul de fisuri și dimensiunea intervalului începând de la 11 ore și 30 de minute și peste.
Pentru turnurile fabricate din oțel 44L, intervalul testat variază considerabil. Intervalul minim este de 10–12 ore (turnurile 1688 și 1883), iar cel maxim este de 80 de ore și 40 de minute.
Dacă comparăm numărul de fisuri de pe turnuri cu intervalul corespunzător dintre sfârșitul segmentului de profit și începutul sezonului de vârf, dar în acest caz absența oricărei relații a devenit și mai clară.
Cel mai convingător exemplu este ședința 70370. În această ședință, turnurile 1688 și 1883 au fost supuse simultan unei reveniri înalte în același cuptor și în aceeași configurație. Cu toate acestea, un turn nu a prezentat fisuri ulterior, în timp ce celălalt a prezentat cinci. Al treilea turn din această ședință (1514) a fost supus tăierii prin coloană simultan cu primele două, dar a fost supus revenirii înalte separat după 40 de ore. Nu s-au găsit fisuri. Turnurile 1824 și 1444 din ședința 60336, care au fost revenite la un interval de cel puțin 48 de ore, au trecut, de asemenea, tăierea prin coloană fără fisuri.
Astfel, pentru oțelul de gradul 44L, intervalul dintre sfârșitul tăierii riserului și începutul revenirii înalte, cel puțin în termen de 48 de ore, nu afectează formarea fisurilor după tăierea riserului.
Aceste concluzii se aplică în cazul unui segment de profit în stare nerevenită, atât pentru turnurile de oțel 44L, cât și pentru cele 8S. Există motive întemeiate să credem că această relație nu va diferi dacă segmentul de profit este măsurat după o revenire preliminară la temperatură înaltă, dar acest lucru nu poate fi confirmat fără o verificare adecvată.
De asemenea, nu se poate afirma fără o verificare corespunzătoare că, dacă intervalul dintre capătul secțiunii de coloană de la turnurile de oțel 8C în stare nerevenită și începutul revenirii înalte este mai mic de 11 ore și 30 de minute, atunci vor exista foarte puține fisuri.
În primul rând, este dificil să ne bazăm pe acest lucru, deoarece chiar și o diferență de 26 de ore = 37 de ore și 30 de minute – 11 ore și 20 de minute nu a avut aproape niciun efect asupra reducerii numărului de fisuri.
În al doilea rând, este neînțelept să ne așteptăm ca acest interval să fie redus semnificativ în comparație cu cele 11 ore și 30 de minute dovedite. Un interval mai scurt ar împiedica munca atelierului de tundere și ar fi încă frecvent încălcat.
O comparație a durității turnului înainte și după revenire nu a relevat nicio diferență. În ambele cazuri, dimensiunea adânciturii Brinell a variat între 4,2 și 4,4 (duritatea a fost determinată direct pe inelul turnului folosind un șubler).
Prin urmare, trebuie menționat că fragilitatea, care în acest caz duce la fisuri, nu este asociată cu duritatea.
Având în vedere influența revenirii preliminare la temperatură înaltă asupra formării fisurilor în timpul tăierii coloanei, ne putem aștepta ca și calitatea acestei operațiuni de producție să aibă un anumit impact. Această calitate este determinată în primul rând de regimul de temperatură.
Din păcate, în timpul acestor lucrări, uzina s-a confruntat cu limitări severe nu doar în ceea ce privește echipamentele de măsurare, ci și în ceea ce privește disponibilitatea unor observatori suficient de calificați. În acest atelier, unde au fost monitorizate majoritatea turnurilor, cuptoarele de revenire nu au termocuple.
Prin urmare, a trebuit să ne limităm la înregistrarea pozițiilor turnurilor în cuptor ca indicator indirect al cât de bine a fost încălzit un anumit turn în timpul procesului de încălzire și menținere. În funcție de dimensiunea cuptorului, două până la șase turnuri au fost temperate simultan, în acest ultim caz fiind aranjate pe două rânduri.
Pe baza amplasării turnurilor, se pot distinge patru poziții:
A) Turnul este situat în partea de jos și este orientat în jos, adică spre fundul cuptorului / locația desemnată în mod convențional cu litera „b”/.
B) Turnul este situat în partea de jos, dar vârfurile sale sunt orientate în sus /simbol „c”/.
B) Turnul este situat în rândul de sus, dar vârfurile sale sunt orientate în jos /simbol „st”/.
D) Turnul este situat în vârf, dar capetele sale sunt orientate în sus /„v”/.
Pentru a simplifica compararea concluziilor, s-a convenit să se distingă doar două poziții ale turnurilor în timpul temperării înalte:
- Nefavorabilă, în care turnul este la bază și rotit cu coloanele verticale în jos; cu alte cuvinte, coloanele verticale se află la orizontul inferior al cuptorului /desemnat în mod convențional ca „n”/.
- Este mai favorabil atunci când turnul ocupă oricare dintre celelalte trei poziții, în care coloanele verticale sunt fie pe mijloc /s și sv/, fie pe orizonturile superioare ale cuptorului.
Pe baza datelor, rezultă că pentru oțelul de gradul 8C, poziția nefavorabilă a turnului în cuptor în timpul revenirii crește oarecum numărul de fisuri de la capătul inelului.
Pentru turnurile din oțel 44L cu amplasare favorabilă, raportul dintre numărul de turnuri cu și fără fisuri nu este diferit de cel pentru oțelul 8S. Cu toate acestea, este imposibil de spus cum s-ar modifica acest raport în cazul unei amplasări nefavorabile a turnurilor în cuptor, deoarece nu există date similare pentru oțelul 44L.
Timpii de încălzire și menținere pentru revenirea la temperatură înaltă se caracterizează prin variații ușoare care nu distorsionează concluziile la care s-a ajuns. Conform instrucțiunilor actuale, timpul de încălzire trebuie să fie de 5-6 ore, iar timpul de menținere (la o temperatură de 670-690 grade) de 6-7 ore. Numai în cazurile de timp de menținere crescut (datorită pieselor turnate mici ale blindajului) se recomandă creșterea timpului de menținere, ceea ce s-a și făcut în unele cazuri.
Influența secțiunii de incendiu a coloanelor verticale asupra formării fisurilor pe inelul turnului
Fisurile sunt strâns legate de procesul de tăiere cu flacără. Tăierea cu flacără este utilizată pentru a tăia axele verticale, fileurile și pentru a îndepărta îngroșările, bavurile și alte defecte. În acest caz, ne referim în principal la fisurile găsite pe suprafața prelucrată a inelului turnului.
Marea majoritate a fisurilor sunt situate în acele secțiuni ale inelului unde se aflau coloanele verticale înainte de a fi tăiate.
Acest lucru sugerează că formarea fisurilor este strâns legată de tăierea metalului prin foc. Cu toate acestea, existența unui astfel de fapt în sine nu epuizează problema.
Dacă tăierea cu flacără ar fi singura soluție, atunci după prelucrarea porțiunii terminale a inelului și întărirea ulterioară, noile fisuri ar trebui distribuite relativ uniform pe întregul perimetru al inelului turnului. Dar, în realitate, majoritatea fisurilor nou formate sunt situate în secțiuni ale inelului corespunzătoare locațiilor coloanelor tăiate.
Acest lucru indică faptul că atât tăierea la foc, cât și călirea provoacă, fără îndoială, fisuri (vezi mai jos efectul călirii). Cu toate acestea, aceste fisuri se formează în principal în zonele în care metalul este cel mai puțin capabil să reziste solicitărilor cauzate de tăierea la foc a coloanelor și de călirea turnurilor prelucrate.
Astfel de locuri includ, fără îndoială, secțiuni ale inelului turnului unde au fost amplasate coloane verticale în timpul turnării. În aceste zone, procesele de lichefiere au avut loc, fără îndoială, într-o măsură mai mare.
Acest lucru este asociat cu dobândirea unei eterogenități fizice și chimice mai dezvoltate a metalului, ceea ce duce aparent la o slăbire a rezistenței metalului în acest loc.
Totuși, odată cu stabilirea în această lucrare a faptului amplasării predominante a fisurilor sub coloane, atât după tăierea la foc a coloanei, cât și după întărirea turnurilor, au fost stabilite încă două fapte pentru care este necesar să se dea o explicație, dar una care contrazice prevederile tocmai exprimate.
1. Există turnuri cu crăpături, dar crăpăturile nu sunt vizibile sub toate coloanele.
2. Există topituri unde se formează fisuri pe unele turnuri și nu pe altele.
În primul caz, explicația trebuie căutată în dimensiunea realistă a adaosului pentru prelucrarea mecanică a părții terminale a inelului turnului, rămas în secțiunile de înălțare după ultima tăietură.
Cu o tăiere atentă a riser-ului, linia de tăiere nu se extinde dincolo de adaosul total prevăzut pentru întregul inel. În acest caz, fisurile formate în timpul tăierii riser-ului nu se extind dincolo de adaos în corpul inelului, dacă adaosul este suficient de mare. Acest lucru asigură că fisurile sunt îndepărtate complet odată cu așchiile în timpul prelucrării ulterioare.
Dacă tăierea este efectuată cu neglijență, linia de tăiere se poate extinde mai adânc în adaosul specificat pe alocuri. Acest lucru poate cauza extinderea unor fisuri dincolo de adaos în corpul inelului și netratarea acestora împreună cu așchiile în timpul prelucrării ulterioare.
Observațiile prelucrării mai multor inele de turn au confirmat rolul adaosului de prelucrare: după prima tăietură, care a îndepărtat un strat de metal de 15 mm de-a lungul feței frontale a inelului, au fost vizibile mai multe fisuri. După a doua tăietură, care a îndepărtat un al doilea strat de 15 mm, fisurile au dispărut. Astfel, un adaos de 30 mm în acest caz a asigurat că fisurile formate vor fi îndepărtate odată cu așchiile.
Cum putem explica, așadar, formarea de noi fisuri după întărirea sub coloane? În acest caz, „nou” se referă la fisuri găsite la locul sudurii sau nu la locul unei fisuri vechi, nesudate, ci mai degrabă fisuri într-o locație complet diferită, unde nu erau prezente înainte de întărire.
Formarea acestor fisuri poate fi asociată cu cazuri în care adaosul rămas are o valoare intermediară. În acest caz, fisurile evidente vor fi îndepărtate odată cu așchiile. Cu toate acestea, o porțiune din zona metalică afectată de acțiunea de tăiere la foc va rămâne. Această zonă nu prezintă fisuri vizibile (macroscopice), dar este foarte probabil să se formeze fisuri microscopice de-a lungul limitelor cristalitelor. În timpul întăririi ulterioare, aceste fisuri se transformă din microscopice în macroscopice, necesitând utilizarea aburului pentru a le elimina.
Atunci când se explică cel de-al doilea fapt — formarea fisurilor în unele turnuri și absența lor în altele din cauza aceleiași călduri — influența altor factori trebuie adăugată la influența menționată anterior a cantității de adaos rămas. Aceștia includ:
a) diferite condiții de călire a turnului;
b) grosimi diferite ale inelului în stare turnată;
c) calitate diferită a lansării înalte efectuate înainte de întreruperea profiturilor după întreruperea acestora /acest punct se referă în principal la marca 8c/.
Influența masei inelare a turnului asupra formării fisurilor
Mai sus, a fost dată o explicație pentru faptul că marea majoritate a fisurilor găsite pe inelele turnurilor după prelucrarea lor mecanică se formează în acele secțiuni ale inelului unde sunt amplasate coloanele verticale.
Această explicație este susținută și de un alt fapt. Conform vechii tehnologii nr. 112, adaosul de prelucrare pentru suprafața interioară a inelului turelei era de 50 mm, măsurat la cea mai mare secțiune transversală a inelului (la baza coloanelor). Prin urmare, grosimea inelului la această secțiune transversală ajunge la 120 mm. Aceeași grosime a fost și minimă pentru coloanele unde acestea au fost tăiate de foc.
Având în vedere nedorința de a avea o masivitate excesivă a piesei turnate în acest loc, la efectuarea lucrărilor de stabilire a stării producției de piese turnate pentru blindaj la Uzina nr. 112, s-a propus să se lase o adaos uniform pe întreaga înălțime a inelului de 15 mm.
Volumul excesiv este nedorit atât din punctul de vedere al consumului excesiv de metal, cât și al consumului inutil de oxigen pentru tăierea coloanelor, a sculelor și a energiei pentru prelucrarea inelului. Trecerea la o adaos uniform de 15 mm a redus grosimea inelului la baza coloanelor la 80 mm, ceea ce, la rândul său, a redus volumul total al inelului în starea sa turnată.
În legătură cu explicațiile de mai sus privind motivele amplasării predominante a fisurilor în zonele de sub contracanaluri, ne-am putea aștepta la o reducere a numărului de fisuri după o astfel de reducere a masivității piesei turnate.
Observațiile speciale ale turnurilor cu grosimi variabile ale inelelor ne-au permis să colectăm date relevante. Rezultatele demonstrează clar o corelație între numărul de fisuri de pe suprafața turnată prelucrată și masa din zona respectivă.
Se părea că s-ar putea argumenta că legătura indicată se datora în întregime faptului că tăierea cu foc a tăieturilor, care au baze mai subțiri, reduce gradul de încălzire a metalului în zonele adiacente tăieturii și, prin urmare, reduce tensiunile și fisurile pe care le provoacă.
În grupul de turnuri cu un perete inelar mai gros (adaosul de prelucrare este de 50 mm), procentul de turnuri cu fisuri detectate după prelucrare a fost de 60%. La trecerea la un adaos mai mic (15 mm), procentul de turnuri cu fisuri a scăzut la 15-20%, ceea ce este de înțeles dacă atribuim acest lucru încălzirii mai scăzute a inelului la punctele de tăiere ale coloanei.
În grupul de turnuri cu adaos mare de prelucrare (grosimea peretelui 120 mm), procentul de turnuri cu fisuri detectate după călire este de 55%. La trecerea la un adaos mic de prelucrare, acest procent scade și el la 23-41%.
Totuși, această reducere nu poate fi explicată printr-o scădere a tensiunilor asociate cu modul de încălzire pentru călire; ea rămâne practic constantă, independent de cantitatea de adaos pentru prelucrarea mecanică.
Întrucât tensiunile de călire rămân aceleași, iar numărul mediu de fisuri a scăzut, se poate presupune că rezistența medie a metalului a crescut. Această creștere a rezistenței poate fi explicată prin eterogenitatea fizică și chimică crescută a metalului, rezultată din dezvoltarea redusă a procesului de lichefiere în timpul solidificării inelului turnului, datorită masei sale reduse.
Efectul călirii asupra formării fisurilor în turnuri
Un număr semnificativ de turele fabricate din oțel de calitate 8S și 44L, care, după tratarea mecanică a inelului turelei, nu au prezentat fisuri în timpul unei inspecții amănunțite, au dezvoltat fisuri după tratamentul termic final. Aceste fisuri au apărut fie la capătul inelului turelei, fie la baza nișei și uneori în ambele locuri simultan.
Apariția acestor fisuri indică, fără îndoială, că tensiunile de călire au fost cauza imediată a formării lor în acest caz. Din numărul total de turnuri de procesare (înainte de călire), 43% (23 de unități) au prezentat fisuri după tratamentul termic final.
Au fost grupate separat turnuri din oțel de gradul 8s și 44l, pe care au fost descoperite fisuri și sudate după tratament mecanic, dar pe care acestea au reapărut după tratamentul termic final în locul unde au fost sudate fisurile.
Formarea fisurilor mari în turela 1493 este explicată în întregime prin analiza anormală a căldurii 80375. Această căldură, pe lângă conținutul de carbon și crom la limitele superioare, are un conținut excesiv de ridicat de mangan, depășind limita de calitate. Prin urmare, nu numai această turelă, ci și alte turele aflate în această căldură au dezvoltat fisuri în timpul călirii. O turelă aflată în această căldură nici măcar nu a ajuns la călire, deoarece a dezvoltat o fisură transversală de-a lungul lateralului în timp ce era fixată pe o mașină-unealtă în atelierul mecanic și a fost, de asemenea, respinsă.
Trebuie menționat că acest turn a suferit două reveniri la temperatură înaltă (înainte și după tăierea coloanelor). Cu toate acestea, a menținut solicitări foarte mari, care, combinate cu solicitările generate în timpul fixării turnului pe mașină, au dus la formarea unei fisuri primare mari.
În topiturile rămase, conținutul de carbon, mangan și crom nu depășește limitele de grad și nu poate fi cauza formării unor fisuri extrem de mari, deoarece alte turnuri ale acelorași topituri nu au produs fisuri de natură similară.
Ce aspecte ale tratamentului termic ar putea influența și chiar influențează formarea fisurilor? Comparând datele de la turelele fără fisuri după călire cu turelele de la aceleași căliri, dar cu fisuri, putem observa o corelație între formarea fisurilor și temperatura mediului de călire (apa) în momentul în care turela este imersată.
Pentru oțelul de gradul 8s, această dependență a fost destul de clară. Fisurile se formează la temperaturi foarte scăzute ale apei, în special atunci când conținutul de carbon, crom (și mangan) este aproape de limita superioară. Temperatura minimă admisă a apei pentru turnurile de călire din oțel de gradul 8s trebuie considerată 30 de grade Celsius (temperaturi 90199, 100131 și 80367).
Pentru oțelul 44L, această dependență nu a fost clar evidențiată.
În unele cicluri (60623, 80336), turnurile unde au fost detectate fisuri au fost călite în apă mai rece, în timp ce în alte cicluri (70354, 50507), dimpotrivă, acestea au fost călite în apă mai fierbinte decât turnurile unde nu au fost detectate fisuri. Evident, sunt necesare observații suplimentare pentru a clarifica această problemă pentru acest tip de oțel.
De asemenea, este necesară o monitorizare suplimentară pentru a determina efectul temperaturii la care turnurile sunt ținute în cuptor și durata acestei mențineri. În unele topituri (80373, 60623, 50507, 80336), s-au observat fisuri în turnurile ținute în cuptor la o temperatură mai ridicată și pentru o perioadă mai lungă.
Nu este în niciun caz corect că pentru turnul 1371 (topitura 80372), cu conținuturi de carbon, mangan și crom la limita superioară, cuptorul a fost menținut la o temperatură de 360 de grade. În plus, temperatura a fost menținută la 1000 de grade timp de 30 de minute (din vina operatorului încălzitorului).
În același mod, pentru turnul 2956 /topitura 50476/ cu conținutul de carbon, mangan și crom la limita superioară, nu a fost posibil să se permită apă cu o temperatură de 25 de grade în momentul răcirii.
Este de remarcat încă două circumstanțe care nu sunt reflectate în diagramele procesului de călire, dar care pot avea un impact semnificativ asupra creării unui exces de tensiune în turnurile călite și, în consecință, asupra formării fisurilor, deoarece acestea apar în practica atelierului de tratament termic.
În primul rând, încălzirea uniformă a tuturor părților turelei și menținerea acestei uniformități până la imersia în mediul de călire sunt esențiale. Turela este o combinație complexă de componente subțiri și groase și, prin urmare, încălzirea neuniformă nu ar trebui să crească semnificativ starea de solicitare a turelei călite.
Această neuniformitate nu poate fi obținută în cazul amplasării incorecte a turnului în cuptor, când părțile sale mai subțiri /nișa/ sunt mai aproape de zona de ardere decât părțile mai groase /turnul/.
Același lucru se întâmplă și când turnul nu este ținut suficient de mult timp în cuptor, când părțile subțiri au timp să se încălzească, dar cele groase, desigur, nu.
În cele din urmă, la alimentarea turnului către rezervorul de răcire, dacă această alimentare este prea întârziată, piesele subțiri pot pierde temperatură mai repede decât cele groase.
Acest lucru creează solicitări pe lângă cele care apar inevitabil chiar și în cazul întăririi normale a turnului ca parte a unei forme complexe.
În al doilea rând, temperatura turelei atunci când aceasta părăsește rezervorul de răcire. În unele cazuri, turela se răcește complet în timpul răcirii (turela se usucă lent după ce este scoasă din rezervor). În alte cazuri, turela atinge o temperatură de peste 100 de grade Celsius (apa de pe suprafața turelei după ce este scoasă din rezervor fierbe).
În acest ultim caz, căldura rămasă va provoca o revenire parțială a turnului, eliminând o parte din stres înainte ca turnul să fie plasat în etapa de revenire la temperatură joasă. În primul caz, turnul nu se poate auto-reveni. Rezultatele fisurării pot diferi în ambele cazuri, chiar dacă turnurile aparțin aceleiași călduri.
Influența variațiilor compoziției chimice a topiturii asupra formării fisurilor în turnuri
Împreună cu conținutul principalelor elemente care influențează formarea fisurilor, au fost înregistrate date privind numărul de fisuri găsite pe fiecare turn înainte și după ecruisare, cantitatea de adaos pentru prelucrarea mecanică și poziția turnurilor în cuptor în timpul revenirii înalte.
Pe baza numărului de fisuri găsite în turnuri, toate topiturile de calitate 44L pot fi împărțite în patru grupe:
Grupa 1 – topituri în care toate turnurile nu prezintă fisuri nici în timpul, nici după călire.
Grupa 2 – topituri în care doar o parte din turnuri prezintă fisuri.
Grupa 3 – topituri ale căror turnuri prezintă fisuri doar după întărire.
Grupa 4 – topituri ale căror turnuri au un număr mare de fisuri sau care nu sunt potrivite pentru includerea în primele trei grupe.
În cadrul fiecărui grup de topituri, se poate identifica o analiză specifică care cuprinde conținutul principalelor elemente găsite în majoritatea topiturilor din grupul respectiv. Această analiză se numește tipică, spre deosebire de analiza medie a grupului.
O comparație între analizele tipice și cele medii arată că există o diferență semnificativă în conținutul de carbon, mangan și crom între grupul de topituri cu și fără fisuri.
Caloriile care nu sunt predispuse la fisurare conțin carbon în intervalul 0,22-0,25%, mangan în intervalul 0,9-1,06% și crom în intervalul 1,22-1,40%. Caloriile care sunt foarte predispuse la fisurare conțin carbon în intervalul 0,25-0,28%, mangan în intervalul 1,05-1,10% și crom în intervalul 1,30-1,40%.
Analiza topiturilor din Grupa 2 și 3 se încadrează în limitele de analiză ale topiturilor din grupa fisurată, dar cu unele abateri. Deși nu există nicio diferență în ceea ce privește conținutul de crom, topiturile din Grupa 2 au conținuturi de carbon și mangan ușor mai mari.
Astfel, din punctul de vedere al conținutului principalelor elemente care pot influența formarea fisurilor, topiturile din grupele 2, 3 și 1 pot fi combinate într-un singur grup de topituri în care se observă fisuri pe turnuri, spre deosebire de celălalt grup, unde fisurile pe turnuri lipsesc complet.
În consecință, pentru gradul 44L, limita superioară a conținutului principalelor elemente care limitează zona de analiză nefavorabilă formării fisurilor pe partea terminală a inelului turnului este caracterizată prin următoarele: conținut de carbon nu mai mare de 0,23%, mangan nu mai mare de 1,05%, crom nu mai mare de 1,40%.
Excepție de la această regulă o fac topiturile 50444 și 50445 cu conținut de crom la limita superioară, 50438 și 50436 cu conținut de carbon la limita superioară.
Turnurile acestor topituri observate nu au prezentat fisuri. Lipsa datelor privind fisurile din alte turnuri ale acestor topituri nu ne permite să considerăm această excepție ca fiind semnificativă.
Este foarte posibil ca turnurile rămase din aceste cicluri de turnare, prelucrate fără supravegherea echipei, să fi avut fisuri. Absența fisurilor în turnurile 2868, 2857 și 2241 ale ciclurilor de turnare 50444, 50445 și 50433 poate fi atribuită, în parte, lipsei unui volum excesiv de turnat din cauza adaosului mic de prelucrare (15 mm).
De asemenea, este demn de remarcat faptul că șlefuirea 50439, la fel ca șlefuirea 50438, are cel mai mare conținut de siliciu în comparație cu celelalte șlefuiri. Acest lucru distinge aceste șlefuiri de celelalte șlefuiri de grad 44L luate în considerare, dar tot nu ne permite să tragem concluzii cu privire la relația dintre conținutul de siliciu și incidența fisurilor.
În topitura 80340, absența fisurilor poate fi explicată prin faptul că efectul nefavorabil al conținutului crescut de mangan /1,10%/ este compensat de conținutul redus de crom /1,24%/ și nichel /1,09%.
În ceea ce privește excepțiile de ordin invers, adică atunci când topiturile prezintă fisuri pe turnuri, deși conform analizei chimice nu ar trebui să existe fisuri, atunci în această privință se pot face următoarele observații:
În etapa 80336 (Grupa 2), fisurile după tăierea coloanei verticale au fost detectate doar pe turnul (1633) cu inelul mai masiv. Celelalte trei turnuri din aceleași etape, fiecare cu un inel mai puțin masiv, nu au prezentat fisuri înainte de călire, ceea ce este în concordanță cu conținutul scăzut de carbon și crom tipic pentru etape fără fisuri. Doar un conținut ușor crescut de mangan în condiții favorabile (masa excesivă a piesei turnate) ar fi putut contribui la formarea fisurilor într-unul dintre cele patru turnuri ale acestei etape.
Căldurile 80333 și 50427 au conținuturi de carbon tipice căldurilor fără fisuri. Cu toate acestea, conținuturile ridicate de mangan și crom, în acest caz, au contracarat efectele benefice ale conținutului mai scăzut de carbon, provocând formarea de fisuri în turnuri. Volumul excesiv al inelului a contribuit, de asemenea, la acest lucru.
Din toate cele de mai sus, referitoare la influența fluctuațiilor compoziției chimice a topiturii asupra formării fisurilor în inelele turnurilor, rezultă că, pentru gradul 44L, o astfel de influență apare pentru carbon, mangan și crom. Formarea unor astfel de fisuri este puțin probabilă (în condiții normale de proces) dacă conținutul de carbon nu depășește 0,25%, conținutul de mangan nu depășește 1,05% și conținutul de crom nu depășește 1,40%. Cu toate acestea, este permisă creșterea conținutului unuia dintre aceste elemente până la limita superioară a specificației gradului, reducând simultan conținutul celorlalte două elemente până la limita inferioară.
Mai periculoasă în ceea ce privește formarea fisurilor în oțelul de gradul 44L este apropierea de limita superioară a conținutului de carbon și mangan decât cromul.
Un conținut redus de crom, deși este de dorit pentru prevenirea fisurilor, este nedorit pentru formarea fracturilor fibroase. Pentru a obține acest lucru, piesele de blindaj turnate din oțel de calitate 44L trebuie să aibă un conținut de crom de cel puțin 1,30%.
Altfel, mai ales când conținutul de carbon și mangan este la limita inferioară, prelucrarea termică repetată a pieselor este inevitabilă.
Pe baza acestei observații, conținutul optim de crom din oțelul 44L, care ia în considerare aceste cerințe opuse, poate fi determinat ca fiind de 1,3-1,6%.
Numărul insuficient de topituri de oțel 8s, observate de membrii echipei în paralel cu topiturile de oțel 44l, nu permite tragerea de concluzii cu privire la relația dintre conținutul de carbon, mangan și crom din oțelul 8s și numărul de fisuri din inelul turnului.
Influența fosforului merită o atenție deosebită. Acest element este considerat cel mai periculos din punct de vedere al impactului său asupra formării fisurilor. Cu toate acestea, datele citate arată că, la niveluri de până la 0,035%, impactul negativ al fosforului este practic neglijabil.
Exemplele arată că, în ciuda unui conținut de fosfor de 0,032-0,35%, doar câteva turnuri prezintă fisuri, în timp ce restul turnurilor din incinte nu prezintă fisuri. În mod evident, un astfel de conținut de fosfor nu determină formarea fisurilor, deoarece altfel s-ar fi format fisuri în toate turnurile acestor incinte.
Și mai definitiv, s-a stabilit că fosforul nu are niciun efect asupra formării fisurilor în piesele de blindaj turnate ale mărcii 8s.
Căldura 100128 conține 0,037% fosfor, în timp ce călduri 100130 și 100131 conțin până la 0,039%. Se pare că, cu un astfel de conținut de fosfor, numărul de fisuri ar trebui să crească brusc, dacă se acceptă ideea că fosforul joacă un rol semnificativ în formarea fisurilor în piesele turnate ale blindajului. Căldura 100130 ar fi trebuit să fie deosebit de nefavorabilă în ceea ce privește incidența fisurilor, având un conținut ridicat de mangan (1,30%), în special carbon (0,26%) și crom (1,06%). În realitate, turelele acestei călduri sunt complet lipsite de fisuri. În ceea ce privește celelalte topituri, trei turnuri din patru din topitura 100126 și trei turnuri din șase din topitura 100131 sunt, de asemenea, complet lipsite de fisuri. Turnurile rămase ale celor două topituri au câte 1-2 fisuri fiecare, iar doar unul dintre cele șase turnuri din topitura 100131 a dezvoltat 4 fisuri.
Dacă comparăm aceste rezultate cu rezultatele fisurilor pentru topiturile 90199, 80367 și 80332, care conțin 0,031–0,032% fosfor, atunci trebuie să recunoaștem încă o dată corectitudinea concluziei de mai sus, conform căreia nu există practic niciun efect negativ al fosforului asupra formării fisurilor în piesele turnate pentru blindaje cu un conținut de până la 0,039%.
Compararea claselor de oțel 8s și 44l în aplicarea lor pentru producerea de piese turnate pentru blindaje
Dacă comparăm ambele clase după numărul total de fisuri găsite pe turnuri înainte și după așezare, atunci turnurile fabricate din oțel 8S sunt ceva mai puțin susceptibile de a dezvolta fisuri la capătul inelului turnului (48%) decât turnurile fabricate din oțel 44L (52%).
Dacă această comparație este efectuată separat înainte și după călire, se observă relația opusă. Înainte de călire, oțelul de gradul 8S este puțin mai predispus la fisurare decât oțelul de gradul 44L (32% față de 46%). În acest ultim caz, diferența este mai semnificativă decât înainte de călire, ceea ce explică în cele din urmă unele dintre avantajele oțelului de gradul 8S.
Proprietățile negative menționate anterior ale oțelului de calitate 44L sunt confirmate de susceptibilitatea sa mai mare la fisuri în partea de jos a nișei după călirea turnului. În timp ce procentul de turnuri din oțel de calitate 8S cu fisuri de nișă este de 8%, procentul de turnuri din oțel de calitate 44L cu astfel de fisuri este de 18%.
O diferență mai semnificativă în favoarea gradului 8c apare atunci când se compară gradele nu după numărul de turnuri din fiecare grad cu fisuri, ci după numărul de fisuri din turnurile în sine. Au fost identificate patru grupuri de turnuri pentru comparație. Primul grup include turnuri cu 1-2 fisuri, al doilea cu 3-6 fisuri, al treilea cu 7-9 fisuri, iar ultimul grup include turnuri cu mai mult de 9 fisuri.
O comparație a acestei caracteristici arată că turnurile realizate din oțel de gradul 8 prezintă cel mai frecvent 1-2 fisuri (32% din numărul total de turnuri examinate), în timp ce cele cu 3-6 fisuri sunt relativ rare (12%), iar cele cu 7-9 fisuri sunt foarte rare (2%). În ceea ce privește turnurile realizate din oțel de gradul 44l, procentele pentru primele trei grupe sunt de 20, 18 și, respectiv, 10%. În plus, deși rare (4%), se întâlnesc și turnuri din al patrulea grup - adică cu mai mult de 9 fisuri - care lipsesc la turnurile de gradul 8.
Dacă comparăm turnurile din ambele clase, care au un inel excesiv de masiv în turnare (grosimea peretelui de 120 mm), atunci turnurile din oțel de gradul 8s produc puțin mai multe fisuri (73%) decât turnul din oțel de gradul 44l (65%).
Cu toate acestea, atunci când se compară rezultatele obținute înainte de tratamentul termic al turnurilor (rezultatele caracterizează analiza de călire), nu se detectează diferența dintre clase în acest caz, adică cu un inel masiv.
Trecerea la un inel mai puțin masiv (cu grosimea peretelui de 80 mm) modifică semnificativ aceste rapoarte. Pentru ambele clase, se observă o scădere a procentului de turnuri cu fisuri.
Totuși, pentru oțelurile de gradul 8, această scădere are loc cu un factor de 2,4 (de la 73% la 31%), în timp ce pentru oțelul de gradul 44l, scăderea este de doar 1,6 (de la 65% la 41%). Prin urmare, oțelul de gradul 44l păstrează o tendință mai mare de fisurare.
Un T-34 la uzina din Krasnoye Sormovo înainte de restaurare.
Motivul pentru care marcajele și-au schimbat locul la trecerea la un inel mai puțin masiv poate fi observat dintr-o comparație a datelor de inspecție ale turnurilor înainte și după întărire.
Pentru oțelurile de gradul 8, se observă o reducere diferită a formării fisurilor atât în timpul tăierii coloanei (înainte de călire), cât și în timpul călirii. Pentru gradul 44l, se observă o reducere accentuată a formării fisurilor doar în timpul tăierii coloanei. Reducerea formării fisurilor în timpul călirii în acest caz nu este la fel de dramatică ca în cazul oțelurilor de gradul 8.
Prin urmare, cu un inel mai puțin masiv, doar 23% din turelele de calitate 8s dezvoltă fisuri în timpul călirii, în timp ce pentru turelele din oțel de calitate 44l aceeași cifră este de 41%.
Trebuie reținut faptul că Uzina nr. 112 va turna toate turelele cu un inel mai puțin masiv. Prin urmare, atunci când se ia în considerare diferența dintre clasele 8S și 44L, trebuie luată în considerare doar diferența stabilită pentru turelele cu un inel mai puțin masiv. Așa cum s-a menționat mai sus, în acest caz, clasa 44L este semnificativ inferioară clasei 8S decât cele cu un inel mai masiv. Această diferență se datorează în întregime comportamentului mai puțin favorabil al oțelului 44L comparativ cu oțelul 8S în ceea ce privește formarea fisurilor în timpul călirii.
După călire, 13% dintre turelele fabricate din oțel de calitate 8S, 32% dintre turelele fabricate din oțel de calitate 8S și 32% dintre turelele fabricate din oțel de calitate 44L au dezvoltat fisuri în inel. Dacă sunt incluse și fisurile din fundul nișei, aceste cifre cresc la 25%, respectiv 31%.
Acest lucru este confirmat și de formarea unor fisuri mari, provenite din călire. Dintre cele cinci turnuri respinse din acest motiv în octombrie și noiembrie, toate erau de calitate 44L, chiar dacă, în aceeași perioadă, turnuri fabricate din oțel de calitate 8S erau procesate alături de aceste turnuri.
La începutul raportului, se afirma că principalul obiectiv al acestei lucrări îl reprezintă fisurile reparabile. Aceste fisuri sunt reparate prin tăiere și apoi sudare la loc. Această reparație întârzie trecerea turnurilor prin zonele de producție și necesită manoperă și materiale suplimentare. În același timp, dimensiunea acestor fisuri și amplasarea lor pe inelul turnului ridică îndoieli cu privire la amenințarea pe care o reprezintă la adresa supraviețuirii turnului.
Pe baza acestui fapt, ar fi recomandabil să se abordeze problema verificării gradului de pericol pe care îl prezintă pentru supraviețuirea turnului și a posibilității de a le lăsa nesudură.
Dacă rezultatele unor astfel de teste ar confirma că nu este nevoie să se repare astfel de fisuri, atunci principalul dezavantaj al clasei 44L în comparație cu clasa 8S, care fusese relevat în timpul producției anuale a acestei clase la Uzina nr. 112, ar fi eliminat. În acest caz, decizia de a menține clasa 44L în producție completă s-ar lua fără a se ține cont de dezavantajul practic nesemnificativ al clasei 44L (fisurile) și ținând cont de avantajul semnificativ și relevant în prezent al reducerii consumului de nichel și feromolibden.
Un alt dezavantaj, pur tehnic, al clasei 44L este vâscozitatea sa de turnare mai mare în comparație cu clasa 8S. Acest lucru devine evident doar atunci când cuptoarele cu vatră deschisă funcționează la temperaturi scăzute, iar procesul de turnare durează mult timp. Prin urmare, la Uzina nr. 112, acest dezavantaj al clasei 44L se manifestă în Atelierul nr. 20, unde cuptoarele funcționează la temperaturi scăzute, iar turnarea durează aproximativ o oră, deoarece aici se turnează, pe lângă turele, și piese mici de blindaj. În Atelierul nr. 21, unde se turnează doar turele, iar turnarea durează 20-25 de minute, această caracteristică a clasei 44L nu este sesizabilă.
În plus, posibilitatea anulării revenirii preliminare la temperatură înaltă a turnurilor înainte de întreruperea profiturilor, care a devenit evidentă pentru marca 44L, este un avantaj foarte valoros al acestei mărci în condițiile Uzinei nr. 112, care nu dispune de un număr suficient de cuptoare în care să se poată efectua revenirea la temperatură înaltă a turnurilor.
REZUMAT
Fisuri mici, reparabile, cu o adâncime de până la 30 mm, care apar foarte des pe suprafața prelucrată a inelului turnului din oțel 44L și 8S și, în marea majoritate (cel puțin 80%), se formează în acele secțiuni ale inelului unde au fost amplasate coloane verticale în turnare.
Un model similar de distribuție a fisurilor se observă nu numai după tăierea coloanelor verticale cu foc, ci se repetă și după întărirea turnurilor.
Distribuția predominantă a fisurilor sub contramonte și repetarea unei distribuții similare după întărire – ambele fapte ne permit să considerăm că motivele formării acestor fisuri sunt:
1) prezența unor zone slăbite pe inelul turnului /sub coloane/.
2) tensiuni interne de origine turnată, în mare parte reținute după revenirea înaltă a turnurilor.
3) tensiunile care apar în timpul reducerii la foc a profiturilor.
4) tensiunile care apar în timpul ecruisării.
Ultimele două motive sunt cauzate de influența factorilor externi și pot fi numite externe, spre deosebire de primele două, care sunt încorporate în turnare încă de la începutul existenței sale, sunt cauzate de proprietățile naturale ale metalului și pot fi numite caracteristici interne.
Formarea predominantă a fisurilor sub coloane se explică prin rezistența redusă a metalului, datorită neomogenității fizice și chimice a piesei turnate în aceste zone. Această neomogenitate se datorează dezvoltării mai intense a procesului de lichefiere în zona coloanei, datorită solidificării mai lente a oțelului acolo.
Pe măsură ce turnul se răcește după turnare, apar tensiuni interne din cauza contracției sale. Forma complexă a turnului contribuie la contracția inegală și, în consecință, la dezvoltarea unor tensiuni interne ridicate în interiorul turnului.
Revenirea la temperatură înaltă, la temperaturi de 670-690 grade Celsius, ameliorează doar o parte din aceste solicitări. Acest lucru este confirmat de formarea unei fisuri mari pe inel și sub turela, care anterior fusese supusă unei reveniri la temperatură înaltă, în timpul tăierii coloanei. Un alt incident care a avut loc în atelierul mecanic a fost atunci când turela, după ce a fost revenită de două ori, cu o duritate de 4,3-4,4, a fisurat prin întreaga flanșă și inel atunci când a fost montată pe o mașină sub o sarcină suplimentară relativ mică.
O cauză externă a formării fisurilor găsite pe inel înainte de întărire este tensiunile locale ascuțite care apar sub influența încălzirii locale în timpul tăierii la foc a coloanelor.
Aceste solicitări se suprapun peste solicitările de turnare care au rămas în turn după revenirea înaltă. Dacă solicitările rezultate depășesc în cele din urmă rezistența metalului în zonele cele mai slabe, acestea se descarcă, formând fisuri. După cum s-a menționat mai sus, aceste zone sunt secțiunile inelului turnului unde erau amplasate coloanele verticale.
Aceste considerații sunt confirmate de faptul că, de foarte multe ori, pe același turn, fisurile se observă doar sub o parte a coloanelor.
O altă cauză externă a formării fisurilor în aceleași zone ale inelului sunt tensiunile care apar în timpul călirii turnului. Aceste tensiuni nu sunt de natură locală. Condiția internă pentru formarea fisurilor - prezența punctelor slabe - rămâne și chiar crește în acest caz. Creșterea tensiunilor apare datorită îndepărtării crustei metalice sănătoase în timpul prelucrării suprafeței interioare a inelului turnului.
Astfel, în acest caz, tensiunile care apar au posibilitatea de a se descărca în locuri de slăbiciune cu formarea de noi fisuri, ceea ce se întâmplă dacă magnitudinea tensiunilor atinge rezistența maximă a metalului.
Acest lucru confirmă faptul că fisurile se formează predominant în timpul întăririi în aceleași zone ale inelului unde se aflau coloanele montante înainte de a fi tăiate.
Claritatea călirii, care determină magnitudinea tensiunilor de călire, depinde nu numai de modul de călire, ci și de analiza chimică a turnului.
Pentru gradul 44L, s-a stabilit că, din punctul de vedere al reducerii posibilității de formare a fisurilor pe inelul turnului atât prin întărire, cât și prin tăiere la foc, este de dorit să existe un conținut de carbon de maximum 0,25%, un conținut de mangan de maximum 1,05% și un conținut de crom de maximum 1,4%.
Totuși, din punctul de vedere al formării fracturilor fibroase, este de dorit ca conținutul de crom din această clasă de oțel să nu fie mai mic de 1,3%. Prin urmare, intervalul optim de conținut de crom pentru oțelul 44L, care ia în considerare aceste cerințe opuse, poate fi determinat aproximativ ca fiind între 1,3 și 4,6%.
Nu a fost posibilă stabilirea limitelor dorite pentru conținutul de carbon, mangan și crom pentru oțelul de gradul 8s din cauza numărului insuficient de încălziri observate pentru acest grad.
Nu a fost stabilită nicio limită superioară periculoasă pentru conținutul de fosfor pentru niciuna dintre clase. În orice caz, aceasta este peste 0,035% pentru oțelul de gradul 44L și peste 0,039% pentru oțelul de gradul 8S.
Anterior, într-un alt studiu, s-a stabilit că la un conținut de până la 0,044%, fosforul nu agravează fractura după tratamentul termic final și nu reduce rezistența blindajului impusă de specificațiile tehnice.
Prin urmare, limita actuală de conținut de fosfor de 0,030% pentru piesele turnate ale blindajului este o restricție nejustificată. Necesitatea acestei limitări nu a fost confirmată în cazul pieselor turnate, în ceea ce privește efectul fosforului asupra fiecăreia dintre cele trei proprietăți principale ale blindajului (fractură, rezistență la blindaj și formarea fisurilor).
Având în vedere acest lucru și dificultățile observate în prezent în industria metalurgică, în special la Uzina nr. 112, cu producerea de materiale cu conținut scăzut de fosfor, este intolerabil să se continue menținerea acestei limitări privind turnarea blindajelor din oțelul acestor clase.
Rezultatele pozitive obținute în timpul tranziției la turnarea unei turele cu un inel mai puțin masiv datorită reducerii adaosului pentru prelucrarea suprafeței laterale a acesteia din urmă de la 50 mm la 15 mm, precum și a reducerii cantității de la 9 la 7 bucăți, au confirmat ideile prezentate despre principalele cauze ale formării fisurilor pe inelul turelei.
Aceste motive, așa cum s-a indicat mai sus, se reduc, pe de o parte, la prezența unor zone slăbite pe inel sub coloanele verticale ale tensiunilor interne de origine turnată, iar pe de altă parte, la apariția tensiunilor din secțiunea de incendiu a coloanelor verticale, acționând în combinație cu tensiunile de turnare, și la apariția tensiunilor din călire.
Reducerea masei inelului a încetinit în mod natural dezvoltarea lichefierii în interiorul inelului în ansamblu și, în special, sub coloane. Acest lucru a redus eterogenitatea metalului și a redus probabilitatea de fisurare.
Pe de altă parte, reducerea grosimii inelului de la 120 mm la 80 mm a redus și grosimea coloanelor la baza lor, unde acestea sunt tăiate de flacără. În consecință, procesul de tăiere a fost accelerat, iar încălzirea locală a inelului în zona coloanei a fost redusă. Acest lucru a redus tensiunile generate în timpul tăierii cu flacără a coloanelor.
În plus, înlocuirea adaosului de 50 mm cu unul de 15 mm a eliminat expunerea celei mai nesănătoase zone interioare (ca secțiune transversală) a inelului, care apărea inevitabil la strunjirea suprafeței laterale interioare a unui inel mai masiv. Această suprafață mai puțin sănătoasă a creat condiții favorabile pentru formarea fisurilor în timpul întăririi ulterioare.
Următoarele figuri pot servi ca ilustrare a corectitudinii acestor explicații.
Numărul total de turnuri cu fisuri /pentru clasele 8s și 44l împreună/ cu un inel masiv este de 68%, în timp ce cu un inel ușor – doar 38%.
Numărul total de turnuri cu fisuri detectate înainte de întărire este de 50% pentru un inel masiv și de 37% pentru un inel ușor.
Numărul total de turnuri cu fisuri după întărirea cu un inel masiv este de 55%, iar cu un inel ușor – 35%.
Conservarea unora dintre fisurile cauzate de tăierea la foc pe suprafața finală a inelului turnului prelucrat depinde și de adaosul pentru prelucrare care rămâne în zonele de sub coloane după tăiere.
Când tăiați cu grijă contracanalurile, linia de tăiere nu trebuie să coboare în alocația totală prevăzută pentru întregul inel.
În acest caz, fisurile formate în timpul tăierii coloanei nu se extind dincolo de adaosul din corpul inelului, cu condiția ca adaosul să fie suficient de mare. Apoi, în timpul prelucrării ulterioare, fisurile sunt îndepărtate complet odată cu așchiile.
Dacă tăierea este efectuată cu neglijență, linia de tăiere se poate extinde mai adânc în adaosul specificat pe alocuri. Acest lucru poate cauza extinderea unor fisuri dincolo de adaos în corpul inelului și netratarea acestora împreună cu așchiile în timpul prelucrării ulterioare.
Observațiile privind prelucrarea mai multor turnuri au confirmat rolul indicat al dimensiunii acestei alocații.
Există o diferență de rezistență la fisurare între oțelul 8s și cel 44l.
Capacitatea oțelului 8s de a forma fisuri mici, reparabile, la capătul inelului este în general mai mică decât cea a oțelului 44l / 48% dintre turnurile cu fisuri față de 52% /.
Această diferență se datorează capacității mai mari a oțelului 44L de a forma fisuri după întărire, comparativ cu oțelul 8S /46% dintre turnurile 44L prezintă fisuri față de 32% din oțelul 8S/.
Înainte de călire /fisuri de la tăierea cu flacără/ se observă o relație inversă, dar diferența este mai puțin semnificativă /36% față de 26% în favoarea gradului 44l/.
Când se compară separat turele turnate cu un inel mai puțin masiv, diferența de fisuri după întărire crește brusc (41% dintre turelele cu fisuri pentru gradul 44L față de 23% pentru gradul 8S).
În acest sens, în general, în ceea ce privește fisurile /înainte și după întărire/, gradul 44L este inferior gradului 8S (41% din turnurile cu fisuri față de 31%).
O diferență mai semnificativă se observă atunci când se compară nu numărul de turnuri de o marcă și alta care au fisuri, ci numărul de fisuri de pe turnuri.
Printre turnurile realizate din oțel 8s, cele mai frecvente sunt turnurile cu 1-2 fisuri (32%), mai rar cu 3-6 fisuri (12%) și foarte rar cu 7-9 fisuri (4%).
Printre turnurile fabricate din oțel de gradul 44L, cifrele corespunzătoare sunt de 20, 18 și 10 procente. În plus, turnurile cu mai mult de nouă fisuri (4 procente) sunt rare, deși nu sunt observate deloc la oțelul de gradul 8S.
Capacitatea de a forma fisuri mari de întărire atât pe nișă (necesitând reparații majore), cât și pe inelul turnului (ducând la respingerea turnurilor) este, de asemenea, mai mare pentru marca 44L decât pentru cea de 8s (pentru nișă avem 18% de turnuri cu fisuri față de 8%).
Datele privind repararea fisurilor la turele pentru perioada aprilie-iulie arată că turelele 44L sunt supuse unor reparații într-un număr mai mare decât cele ale turelelor 8S. Reparațiile inelare sunt de 30% față de 8%, reparațiile de nișă sunt de 6% față de 2%, iar reparațiile laterale sunt de 1% față de zero.
În aceeași perioadă, turnurile de 2% și zero 8c au fost respinse din cauza fisurilor.
Oțelul de calitate 44L prezintă o vâscozitate mai mare în timpul turnării în comparație cu oțelul de calitate 8S. Această vâscozitate crescută se resimte în cuptoarele mai reci și în timpul turnărilor pe termen lung (pentru piese mici).
Turnurile, înainte și după revenirea preliminară la temperatură înaltă, au o duritate identică, variind de la 4,0 la 4,4 (diametrul adânciturii Brinell). Prin urmare, fragilitatea care duce la fisuri în timpul tăierii riserului nu este legată de duritatea metalului. Această fragilitate se datorează tensiunilor de turnare care nu sunt atenuate de revenirea la temperatură înaltă efectuată la Uzina nr. 112.
Revenirea la temperatură înaltă pentru a preveni fisurarea în timpul tăierii coloanei este obligatorie numai pentru oțelul de gradul 8C. Acest regim de revenire trebuie să asigure o încălzire uniformă și suficientă a turnurilor. Din acest motiv, turnurile fabricate din oțel de gradul 8C trebuie plasate pe vatra cuptorului cu coloanele orientate în sus.
La aranjarea turnurilor în cuptor pe două niveluri, turnurile superioare pot fi poziționate /dacă este necesar/ cu contracanalurile orientate în jos.
Pentru oțelul de gradul 44L, tăierea coloanelor verticale în stare nerevenită nu crește incidența fisurilor în timpul tăierii cu flacără, spre deosebire de oțelul de gradul 8S. Prin urmare, revenirea preliminară la temperatură înaltă nu este necesară pentru oțelul de gradul 44L.
O întârziere în amplasarea turnurilor pentru revenire înaltă ulterioară în termen de 80 de ore de la sfârșitul secțiunii de coloană în stare nerevenită nu crește nici numărul de fisuri în turnurile fabricate din oțel de gradul 44L.
Temperaturile scăzute de călire favorizează formarea de noi fisuri în inelul de oțel 8C al turnului. Temperatura minimă admisă a apei în acest caz este de 30 de grade Celsius.
Pentru oțelul 44L, această lucrare nu a reușit să evidențieze o dependență similară.
CONCLUZII
A. Pe baza rezultatelor lucrărilor efectuate, s-au stabilit următoarele:
1. Motivul formării unor fisuri mici, reparabile, de până la 30 mm adâncime, care se deschid foarte des pe suprafața prelucrată mecanic a inelului turnului din oțel de calitate 44L și 8S, este efectul tensiunilor interne de origine turnată în combinație cu tensiunile provenite din tăierea la foc a coloanelor și întărirea ulterioară pe zonele slăbite ale metalului, care sunt secțiunile inelului unde se aflau coloanele înainte de tăiere.
2. Fragilitatea care duce la fisuri în timpul așchierii coloanei vertebrale nu este legată de duritatea metalului. Această fragilitate se datorează tensiunilor de turnare care nu sunt complet ameliorate prin revenirea la temperatură înaltă efectuată la Uzina nr. 112.
3. Capacitatea pieselor turnate de a forma fisuri crește odată cu creșterea masei inelului (datorită unei toleranțe excesiv de mari pentru prelucrarea mecanică a suprafeței laterale a inelului).
4. Capacitatea pieselor turnate de a forma fisuri depinde de conținutul de carbon, mangan și crom din oțel.
Pentru a reduce riscul de fisurare în inelul turnului din oțel de gradul 44L, menținând în același timp capacitatea normală a oțelului de a forma fracturi fibroase, se recomandă ca conținutul de carbon să nu depășească 0,25%, conținutul de mangan să nu depășească 1,05%, iar conținutul de crom să fie între 1,3-1,0%. Din cauza datelor insuficiente, nu a fost stabilită o relație similară pentru turnurile fabricate din oțel de gradul 8S.
5. Limita superioară a conținutului de fosfor din turnarea blindajelor, care este periculoasă din punctul de vedere al formării fisurilor, este peste 0,035% pentru oțelul de gradul 44L și peste 0,039% pentru oțelul de gradul 8S.
6. Oțelul de calitate 8S are o tendință mai mică de a forma fisuri pe inelul turnului decât oțelul de calitate 44L. Această diferență se observă în numărul de fisuri prezente și, în special, în numărul de fisuri găsite pe turnurile ambelor calități.
7. Pentru oțelul de gradul 44L, absența revenirii înalte înainte de tăierea coloanelor nu duce la o creștere a numărului de fisuri, spre deosebire de oțelul de gradul 8C, pentru care absența revenirii înalte preliminare crește brusc numărul de fisuri formate în timpul tăierii coloanelor.
8. O întârziere în amplasarea turnurilor pentru revenire ulterioară la temperatură înaltă în termen de 80 de ore de la sfârșitul secțiunii de coloană în stare nerevenită nu crește nici numărul de fisuri în turnurile fabricate din oțel de gradul 44L.
9. Temperaturile scăzute de călire favorizează formarea fisurilor în inelul turnului din oțel de gradul 8C. Temperatura minimă admisă a apei în acest caz este de 30 de grade.
PROMOȚII
A. Pentru a reduce numărul de fisuri găsite pe inelul turnului, trebuie luate următoarele măsuri:
1. În viitorul apropiat, treceți complet la turnuri de turnare cu o mică adaos pentru prelucrarea mecanică a suprafeței laterale a inelului (15 mm) și o adaos de 35 mm pe suprafața sa finală.
2. Păstrând numărul de coloane neschimbat (5 buc.), se reduce lungimea acestora de la 450-500 mm la 350-400 mm, confirmând optimitatea dimensiunilor selectate ale coloanei printr-un control sporit al primului lot de 25 de turnuri.
3. Teșirea în timpul prelucrării mecanice elimină muchiile ascuțite care apar în prezent pe porțiunea prelucrată a inelului turnului și facilitează formarea fisurilor în timpul călirii.
4. Interziceți amplasarea turnurilor din oțel de gradul 8s în cuptorul de revenire înaltă /înainte de tăierea coloanelor/ cu acestea în jos, dacă sunt amplasate în rândul de jos, adică direct pe vatra cuptorului.
5. Interzicerea călirii turnurilor din oțel de gradul 8C în apă cu o temperatură sub 30 de grade.
6. Pentru oțelul 44L, se recomandă menținerea unui conținut de carbon de maximum 0,25%, mangan 1,1% și crom între 1,3–1,6%. Dacă conținutul unuia dintre aceste elemente este la limita superioară, conținutul celorlalte două elemente ar trebui să fie, de preferință, la limita inferioară.
7. Când conținutul acestor elemente depășește limitele specificate, trebuie făcute ajustări ale regimurilor de răcire pentru a reduce severitatea răcirii (reducerea temperaturii de menținere, creșterea temperaturii apei etc.). Acest lucru este necesar în special atunci când conținutul tuturor celor trei elemente este aproape de limita superioară.
B. Pentru a elimina risipa de păcură, transportul inutil între ateliere și pentru a crește producția cuptoarelor cu temperatură înaltă, trebuie luate următoarele măsuri:
8. Programați o revenire preliminară la temperatură înaltă, timp de o lună, pentru turele și piesele turnate mici de blindaj din oțel de calitate 44L, înainte de tăierea coloanei. Păstrați o evidență specială a fișelor tehnice pentru aceste turele. La sfârșitul perioadei de probă, verificați fișele tehnice pentru numărul de fisuri de pe turele. Pe baza datelor obținute, rezumați impactul anulării revenirii preliminare și trageți o concluzie finală cu privire la acest aspect. Implicați TsNNI-48 pentru a rezuma rezultatele și a întocmi o concluzie finală.
9. Anularea eliberării lunare mari se extinde la toate topiturile cu un conținut de carbon de maximum 0,26%, mangan de maximum 1,30%, crom de maximum 1,40% și fosfor de maximum 0,035%, fără a exclude cazul unei combinații a tuturor acestor elemente la limitele superioare specificate.
10. Nu există niciun motiv să se aștepte ca, cu un conținut de crom de 1,41–1,70% și un conținut de carbon de 0,27–0,28%, eliminarea revenirii preliminare la temperatură înaltă să ducă la o creștere a creșterii fisurilor. Cu toate acestea, fără teste adecvate, care ar trebui efectuate simultan cu lucrările descrise la punctul 8, este imposibil să se facă o afirmație categorică.
B. Pentru a elimina testarea inutilă pe teren a turnurilor cu un conținut de fosfor cuprins între 0,036 și 0,040% și întârzierile asociate în topiturile de producție, se crește limita admisă a conținutului de fosfor la 0,040% pentru piesele turnate de blindaj fabricate din oțel de grad 8s și 44l.
G. Verificarea influenței micilor fisuri observate pe suprafața tratată a inelului turelei în stare nefinisată asupra supraviețuirii acesteia din urmă sub focul de obuz.
Scopul testului ar trebui să fie de a determina măsura în care este necesară sudarea unor astfel de fisuri, deoarece acest lucru necesită manoperă, timp și materiale suplimentare. Dimensiunea și amplasarea acestor fisuri, în opinia noastră, ridică îndoieli cu privire la potențialul lor de a pune în pericol supraviețuirea turnurilor în condiții de operare.
Această inspecție trebuie efectuată cu cea mai mare urgență. Dacă rezultatele acesteia confirmă că nu este nevoie să se repare astfel de fisuri, atunci Uzina nr. 112, indiferent de gradul de oțel, va fi scutită de o mare parte din lucrări inutile și va putea, în consecință, să crească producția de vehicule.
În același timp, principalul argument împotriva gradului 44L, folosit pentru turnarea blindajelor, ca fiind mai predispus la fisuri în comparație cu gradul 8S, ar dispărea.
Dacă nu luăm în considerare un alt dezavantaj al oțelului 44L - vâscozitatea crescută în timpul turnării, care, însă, se manifestă doar în timpul funcționării la rece a cuptoarelor cu vatră deschisă și a turnării lungi, atunci, după eliminarea argumentului principal, cincisprezece luni de lucru la Uzina nr. 112 pe acest tip de oțel confirmă posibilitatea utilizării principalului său avantaj - absența nevoii de nichel și feromolibden, a căror utilizare economică continuă să fie o sarcină foarte urgentă în prezent, indiferent de condițiile de funcționare ale diferitelor instalații.
Șeful grupului de la Moscova al rachetei TsNII-48 Larin
Șeful sectorului metalurgic al Institutului Central de Cercetare-48 Kaptyug.
informații