Özet: Farklı ısıl işlem proseslerinin ZG06Cr13Ni4Mo malzemesinin performansı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Test, 1 010°C normalizasyon + 605°C birincil temperleme + 580°C ikincil temperlemede ısıl işlemden sonra malzemenin en iyi performans indeksine ulaştığını gösterir. Yapısı, yüksek mukavemetli, düşük sıcaklıkta tokluğa ve uygun sertliğe sahip, düşük karbonlu martensit + ters dönüşüm östenittir. Büyük kanatlı döküm ısıl işlem üretimi uygulamasında ürün performans gereksinimlerini karşılar.
Anahtar Kelimeler: ZG06Cr13NI4Mo; martensitik paslanmaz çelik; bıçak
Büyük kanatlar hidroelektrik türbinlerin önemli parçalarıdır. Parçaların servis koşulları nispeten zorlu olup, uzun süre yüksek basınçlı su akışı darbesine, aşınmaya ve erozyona maruz kalırlar. Malzeme, iyi kapsamlı mekanik özelliklere ve korozyon direncine sahip ZG06Cr13Ni4Mo martensitik paslanmaz çelikten seçilmiştir. Hidroelektrik ve ilgili dökümlerin büyük ölçeğe doğru gelişmesiyle birlikte, ZG06Cr13Ni4Mo gibi paslanmaz çelik malzemelerin performansına yönelik daha yüksek gereksinimler öne sürülüyor. Bu amaçla, yerel bir hidroelektrik ekipman kuruluşunun ZG06C r13N i4M o büyük kanatlarının üretim denemesi ile birlikte, malzemenin kimyasal bileşiminin dahili kontrolü, ısıl işlem süreci karşılaştırma testi ve test sonucu analizi yoluyla optimize edilmiş tek normalleştirme + çift temperleme ısısı ZG06C r13N i4M o paslanmaz çelik malzemenin işleme prosesinin, yüksek performans gereksinimlerini karşılayan dökümler üreteceği belirlendi.
1 Kimyasal bileşimin dahili kontrolü
ZG06C r13N i4M o malzeme, yüksek mekanik özelliklere ve düşük sıcaklıkta iyi darbe dayanıklılığına sahip olması gereken yüksek mukavemetli martensitik paslanmaz çeliktir. Malzemenin performansını artırmak için kimyasal bileşim dahili olarak kontrol edildi; w (C) ≤ %0,04, w (P) ≤ %0,025, w (S) ≤ %0,08 gerektirdi ve gaz içeriği kontrol edildi. Tablo 1, malzeme iç kontrolünün kimyasal bileşim aralığını ve numunenin kimyasal bileşiminin analiz sonuçlarını gösterirken, Tablo 2, malzeme gaz içeriğinin iç kontrol gerekliliklerini ve numune gaz içeriğinin analiz sonuçlarını gösterir.
Tablo 1 Kimyasal bileşim (kütle oranı, %)
| eleman | C | Mn | Si | P | S | Ni | Cr | Mo | Cu | Al |
| standart gereklilik | ≤0,06 | ≤1,0 | ≤0,80 | ≤0,035 | ≤0,025 | 3.5-5.0 | 11.5-13.5 | 0.4-1.0 | ≤0,5 |
|
| Malzemeler Dahili Kontrol | ≤0,04 | 0.6-0.9 | 1.4-0.7 | ≤0,025 | ≤0,008 | 4.0-5.0 | 12.0-13.0 | 0,5-0,7 | ≤0,5 | ≤0,040 |
| Sonuçları analiz edin | 0,023 | 1.0 | 0,57 | 0,013 | 0,005 | 4.61 | 13.0 | 0,56 | 0,02 | 0,035 |
Tablo 2 Gaz içeriği (ppm)
| gaz | H | O | N |
| İç kontrol gereklilikleri | ≤2,5 | ≤80 | ≤150 |
| Sonuçları analiz edin | 1.69 | 68.6 | 119.3 |
ZG06C r13N i4M o malzemesi 30 tonluk bir elektrikli fırında eritildi, alaşımlama için 25T LF fırında rafine edildi, bileşimi ve sıcaklık ayarlandı ve 25T VOD fırınında karbondan arındırıldı ve gazdan arındırıldı, böylece ultra düşük karbonlu erimiş çelik elde edildi, düzgün bileşim, yüksek saflık ve düşük zararlı gaz içeriği. Son olarak, erimiş çelikteki oksijen içeriğini azaltmak ve taneleri daha da rafine etmek amacıyla son deoksidasyon için alüminyum tel kullanıldı.
2 Isıl işlem proses testi
2.1 Test planı
Test gövdesi olarak döküm gövdesi kullanılmış, test bloğu boyutu 70 mm × 70 mm × 230 mm idi ve ön ısıl işlem yumuşatma tavlamasıydı. Literatüre danıştıktan sonra seçilen ısıl işlem prosesi parametreleri şunlardı: normalleştirme sıcaklığı 1 010°C, birincil tavlama sıcaklıkları 590°C, 605°C, 620°C, ikincil tavlama sıcaklığı 580°C ve karşılaştırmalı testler için farklı temperleme işlemleri kullanıldı. Test planı Tablo 3'te gösterilmektedir.
Tablo 3 Isıl işlem test planı
| Deneme planı | Isıl işlem test süreci | Pilot projeler |
| A1 | 1 010°C Normalleştirme+620°Temperleme | Çekme özellikleri Darbe tokluğu Sertlik HB Eğilme özellikleri Mikroyapı |
| A2 | 1 010°C Normalizasyon+620°C Temperleme+580°C Temperleme | |
| B1 | 1 010°C Normalleştirme+620°Temperleme | |
| B2 | 1 010°C Normalizasyon+620°C Temperleme+580°C Temperleme | |
| C1 | 1 010°C Normalleştirme+620°Temperleme | |
| C2 | 1 010°C Normalizasyon+620°C Temperleme+580°C Temperleme |
2.2 Test sonuçlarının analizi
2.2.1 Kimyasal bileşim analizi
Tablo 1 ve Tablo 2'deki kimyasal bileşim ve gaz içeriği analiz sonuçlarına göre, ana elementler ve gaz içeriği, optimize edilmiş bileşim kontrol aralığına uygundur.
2.2.2 Performans testi sonuçlarının analizi
Farklı test şemalarına göre ısıl işlem sonrasında, GB/T228.1-2010, GB/T229-2007 ve GB/T231.1-2009 standartlarına uygun olarak mekanik özellik karşılaştırma testleri gerçekleştirildi. Deney sonuçları Tablo 4 ve Tablo 5'te gösterilmektedir.
Tablo 4 Farklı ısıl işlem proses şemalarının mekanik özellik analizi
| Deneme planı | Rp0,2/Mpa | Rm/Mpa | A/% | Z/％ | AKV/J(0°C) | Sertlik değeri HBW |
| standart | ≥550 | ≥750 | ≥15 | ≥35 | ≥50 | 210~290 |
| A1 | 526 | 786 | 21.5 | 71 | 168,160,168 | 247 |
| A2 | 572 | 809 | 26 | 71 | 142、143、139 | 247 |
| B1 | 588 | 811 | 21.5 | 71 | 153,144,156 | 250 |
| B2 | 687 | 851 | 23 | 71 | 172、165、176 | 268 |
| C1 | 650 | 806 | 23 | 71 | 147、152、156 | 247 |
| C2 | 664 | 842 | 23.5 | 70 | 147、141、139 | 263 |
Tablo 5 Bükme testi
| Deneme planı | Bükme testi（d=25，a=90°） | değerlendirme |
| B1 | Çatlak5.2×1.2mm | Arıza |
| B2 | Çatlak yok | nitelikli |
Mekanik özelliklerin karşılaştırılması ve analizinden: (1) Normalleştirme + temperleme ısıl işlemiyle malzeme daha iyi mekanik özellikler elde edebilir, bu da malzemenin iyi sertleşebilirliğe sahip olduğunu gösterir. (2) Normalleştirme ısıl işleminden sonra, çift tavlamanın akma mukavemeti ve plastisite (uzama) tek tavlama ile karşılaştırıldığında iyileştirilir. (3) Bükme performansı incelemesi ve analizinden, B1 normalleştirme + tek tavlama test sürecinin bükme performansı yeterli değildir ve çift temperlemeden sonra B2 test işleminin bükme testi performansı niteliklidir. (4) 6 farklı temperleme sıcaklığının test sonuçlarının karşılaştırılmasında, 1010°C normalizasyon + 605°C tek temperleme + 580°C ikincil temperlemeden oluşan B2 proses şeması, 687MPa akma mukavemeti ve uzama ile en iyi mekanik özelliklere sahiptir. %23, 0°C'de 160J'den fazla darbe dayanıklılığı, 268HB orta sertlik ve nitelikli bükme performansı, tümü malzemenin performans gereksinimlerini karşılıyor.
2.2.3 Metalografik yapı analizi
B1 ve B2 malzemesinin metalografik yapısı test işlemleri GB/T13298-1991 standardına göre analiz edildi. Şekil 1, normalleştirme + 605°C birinci temperlemenin metalografik yapısını gösterir ve Şekil 2, normalleştirme + birinci temperleme + ikinci temperlemenin metalografik yapısını gösterir. Metalografik inceleme ve analize göre ZG06C r13N i4M o'nun ısıl işlemden sonraki ana yapısı düşük karbonlu çıta martensit + ters ostenittir. Metalografik yapı analizine göre, ilk temperlemeden sonra malzemenin çıta martensit demetleri daha kalın ve daha uzundur. İkinci tavlamadan sonra matris yapısı biraz değişir, martensit yapısı da biraz rafine edilir ve yapı daha düzgün hale gelir; performans açısından akma mukavemeti ve plastisite bir dereceye kadar iyileştirilir.
Şekil 1 ZG06Cr13Ni4Mo normalleştirme + bir temperleme mikro yapısı
Şekil 2 ZG06Cr13Ni4Mo normalleştirme + iki kez temperleme metalografik yapısı
2.2.4 Test sonuçlarının analizi
1) Test, ZG06C r13N i4M o malzemenin iyi sertleşebilirliğe sahip olduğunu doğruladı. Normalleştirme + temperleme ısıl işlemiyle malzeme iyi mekanik özellikler elde edebilir; normalleştirme ısıl işleminden sonra iki temperlemenin akma mukavemeti ve plastik özellikleri (uzama), bir temperlemeninkinden çok daha yüksektir.
2) Test analizi, ZG06C r13N i4M o'nun normalleştirmeden sonraki yapısının martensit olduğunu ve temperlemeden sonraki yapının düşük karbonlu çıta temperlenmiş martensit + ters ostenit olduğunu kanıtlar. Temperlenmiş yapıdaki ters ostenit yüksek termal stabiliteye sahiptir ve malzemenin mekanik özellikleri, darbe özellikleri ve döküm ve kaynak işlemi özellikleri üzerinde önemli bir etkiye sahiptir. Bu nedenle malzeme ısıl işlem sonrası yüksek mukavemete, yüksek plastik tokluğa, uygun sertliğe, iyi çatlama direncine ve iyi döküm ve kaynak özelliklerine sahiptir.
3) ZG06C r13N i4M o'nun ikincil temperleme performansının iyileştirilmesinin nedenlerini analiz edin. Normalleştirme, ısıtma ve ısı korumasından sonra ZG06C r13N i4M o, östenitleştirmeden sonra ince taneli östenit oluşturur ve ardından hızlı soğutmanın ardından düşük karbonlu martenzite dönüşür. İlk temperlemede, martensitteki aşırı doymuş karbon, karbür formunda çökelir, böylece malzemenin mukavemeti azalır ve malzemenin plastisite ve tokluğu artar. İlk temperlemenin yüksek sıcaklığı nedeniyle, ilk temperleme, temperlenmiş martensite ek olarak son derece ince ters ostenit üretir. Bu ters ostenitler, temperleme soğutması sırasında kısmen martenzite dönüştürülür ve ikincil temperleme işlemi sırasında yeniden üretilen stabil ters ostenitin çekirdeklenmesi ve büyümesi için koşullar sağlanır. İkincil temperlemenin amacı, yeterince kararlı ters ostenit elde etmektir. Bu ters östenitler, plastik deformasyon sırasında faz dönüşümüne uğrayabilir, böylece malzemenin mukavemeti ve plastikliği geliştirilebilir. Sınırlı koşullar nedeniyle ters osteniti gözlemlemek ve analiz etmek imkansızdır, bu nedenle bu deneyde, karşılaştırmalı analiz için ana araştırma nesneleri olarak mekanik özellikler ve mikro yapı alınmalıdır.
3 Üretim Uygulaması
ZG06C r13N i4M o mükemmel performansa sahip yüksek mukavemetli paslanmaz çelik dökme çelik malzemedir. Kanatların fiili üretimi gerçekleştirilirken, üretim için deneyle belirlenen kimyasal bileşim ve iç kontrol gereklilikleri ile ikincil normalleştirme + temperleme ısıl işlem prosesi kullanılır. Isıl işlem süreci Şekil 3'te gösterilmektedir. Şu anda 10 adet büyük hidroelektrik kanadın üretimi tamamlanmış olup, performans kullanıcının gereksinimlerini karşılamıştır. Kullanıcının yeniden denetimini geçmişler ve iyi bir değerlendirme almışlar.
Karmaşık kavisli bıçakların özellikleri, büyük kontur boyutları, kalın şaft kafaları ve kolay deformasyon ve çatlama özellikleri nedeniyle ısıl işlem prosesinde bazı proses önlemlerinin alınması gerekir:
1) Şaft başı aşağıya, bıçak yukarıya doğrudur. Fırın yükleme şeması, Şekil 4'te gösterildiği gibi minimum deformasyonu kolaylaştırmak için benimsenmiştir;
2) Soğutmayı sağlamak için dökümler arasında ve dökümler ile yastıklama demiri alt plakası arasında yeterince büyük bir boşluk olduğundan emin olun ve kalın şaft kafasının ultrasonik algılama gereksinimlerini karşıladığından emin olun;
3) Çatlamayı önlemek amacıyla ısıtma işlemi sırasında dökümün organizasyonel stresini en aza indirmek için iş parçasının ısıtma aşaması birçok kez bölümlere ayrılır.
Yukarıdaki ısıl işlem önlemlerinin uygulanması bıçağın ısıl işlem kalitesini garanti eder.
Şekil 3 ZG06Cr13Ni4Mo bıçak ısıl işlem prosesi
Şekil 4 Bıçaklı ısıl işlem prosesi fırın yükleme şeması
4 Sonuçlar
1) Malzemenin kimyasal bileşiminin dahili kontrolüne dayanarak, ısıl işlem prosesinin testi yoluyla, ZG06C r13N i4M o yüksek mukavemetli paslanmaz çelik malzemenin ısıl işlem prosesinin 1 ısıl işlem prosesi olduğu belirlenmiştir. Döküm malzemesinin mekanik özelliklerinin, düşük sıcaklıkta darbe özelliklerinin ve soğuk bükülme özelliklerinin standart gereklilikleri karşılamasını sağlayan 010° normalleştirme + 605° birincil temperleme + 580° ikincil temperleme.
2) ZG06C r13N i4M o malzemenin sertleşebilme özelliği iyidir. Normalleştirme + iki kez temperleme ısıl işleminden sonraki yapı, yüksek mukavemete, yüksek plastik tokluğa, uygun sertliğe, iyi çatlama direncine ve iyi döküm ve kaynak performansına sahip, iyi performansa sahip düşük karbonlu bir çıta martensit + ters ostenittir.
3) Deneyle belirlenen normalleştirme + iki kez temperleme ısıl işlem şeması, büyük bıçakların ısıl işlem prosesi üretimine uygulanır ve malzeme özelliklerinin tümü kullanıcının standart gereksinimlerini karşılar.
Gönderim zamanı: Haz-28-2024
