РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ ИЗ КОНСТРУКЦИОННЫХ СТАЛЕЙ 45, 40Х, 40ХН, ИЗГОТОВЛЕННЫХ В МУ ПАО «НЛМК»

DEVELOPMENT OF TECHNOLOGY FOR HEAT TREATMENT OF PRODUCTS MADE OF 45, 40X, 40KHN STRUCTURAL STEELS MANUFACTURED AT NLMK PJSC

Alexander Faustov

Мaster's student, Lipetsk state technical University, Russia, Lipetsk

Igor Tsyganov

Candidate of Science, associate Professor, Lipetsk State Technical University, Russia, Lipetsk

Аннотация. Создана модель технологии термической обработки изделий из конструкционных сталей 45, 40Х, 40ХН, изготовляемых в муниципальном управлении ПАО «НЛМК». При этом использовались как экспериментальные данные режимов термообработки изучаемых сталей 45, 40Х, 40ХН и близких по химическому составу и так и из литературных источников. Созданная модель технологии термической обработки может быть использована на деталях, изготовленных из среднеуглеродистых сталей аналогичных по химическому составу. Математическая модель требует введение химического состава изучаемой стали, форму детали и ее размеры, твердость поверхности которую нужно получить после окончательной термообработки.

Abstract. A model of heat treatment technology for products made of 45, 40X, 40KHN structural steels manufactured in the municipal administration of NLMK PJSC has been created. At the same time, experimental data on the heat treatment modes of the studied steels 45, 40X, 40KHN and similar in chemical composition and from literary sources were used. The created model of heat treatment technology can be used on parts made of medium carbon steels with similar chemical composition. The mathematical model requires the introduction of the chemical composition of the steel under study, the shape of the part and its dimensions, the surface hardness to be obtained after final heat treatment.

Ключевые слова: математическая модель, конструкционная сталь, исследование, твердость, детали, термическая обработка, химический состав технология.

Keywords: mathematical model, structural steel, research, hardness, parts, heat treatment, chemical composition technology.

Технологии термообработки часто используются при производстве металлических изделий для того, чтобы значительно улучшить их качество и повысить механические и физические свойства.

Технологии термообработки стальных изделий совершенствуются с каждым днем, что позволяет улучшить качество машин и современных сложных механизмов.

Использование этой технологии при производстве деталей позволяет получать высококачественные комплектующие детали для станкостроения и инструментального производства.

В настоящее время термическая обработка является важным компонентом технологических процессов в различных отраслях промышленности, и ее использование позволяет снизить затраты на производство. Благодаря компьютерному моделированию были разработаны новые технологии термообработки конструкционных сталей, которые позволяют достичь желаемых свойств материала с минимальными затратами [3].

Термообработка не только улучшает механические свойства. Термообработка обычно также улучшает физические и физико-химические свойства стали.

Компьютерное моделирование позволило разработать технологии термообработки конструкционных сталей с минимальными затратами.

В настоящее время термическая обработка является важным компонентом технологических процессов в различных отраслях промышленности, и ее использование позволяет снизить затраты на производство. Благодаря компьютерному моделированию были разработаны новые технологии термообработки конструкционных сталей, которые позволяют достичь желаемых свойств материала с минимальными затратами [2].

Конечной целью данного исследования является разработка модели технологии термической обработки продукции из конструкционных сталей 45, 40Х и 40ХН, производимой в коммунальном хозяйстве ПАО «НЛМК». Для определения режимов термической обработки исследуемых сталей 45, 40Х, 40ХН и сталей аналогичного химического состава использовались экспериментальные данные и литературные источники [1].

Материалом исследования являются стали 45, 40Х, 40ХН и близкие по химическому составу углеродистые и конструкционные низколегированные стали. Содержание основных элементов исследуемых конструкционных сталей приведено в таблице 1.Диапазон изменения содержания основных химических элементов в сталях 45, 40Х, 40ХН приведен в таблице 2.

Таблица 1.

Химический состав основных элементов исследуемых сталей

Таблица 2.

Химический состав сталей 45, 40Х, 40ХН

Была создана модель технологии термической обработки изделий из конструкционных сталей. Главное окно программы (показанное на рисунке 1) разделено на две части: левая – для ввода данных, правая – вывода результатов.

Рисунок 1. Окно программы

В левой части главного окна и в открывшемся диалоговом окне производится ввод данных. Левая часть главного окна поделена на верхнюю часть, в которой располагаются поля ввода содержания элементов в стали (минимальное и максимальное содержание) и нижнюю часть, кнопки для ввода дополнительных данных.

При вводе данных в поля формы программой реализован синтаксический контроль вводимых данных. В случае ввода значения не соответствующего синтаксису программа не позволит произвести других действий до тех пор, пока не будет исправлена ошибка ввода (например, дробные числа необходимо вводить через «запятую»).

После введения исходных данных переходим к расчету и печати полученных результатов. Правая сторона главного окна примет вид панели результатов. На панели в верхней части расположены две кнопки «Расчет» – для выполнения расчетов и «Печать» – распечатки результата расчета на принтере.

После выполнения вычислений на странице «Диаграмма» мы можем увидеть графическое изображение результата расчета (диаграмма), на которой красным цветом будет показана область, соответствующая состоянию стали (эвтектоидная, доэвтектоидная или заэвтектоидная).

Просмотреть промежуточные и итоговые результаты вычислений, можно перейдя на страницу «Протокол». В протокол расчета заносятся: содержание легирующих элементов, точка перлитного превращения (S₁), средние температуры эвтектоидного превращения (А₁) и начала превращения (А₃), полученное состояние стали и другие вводимые и рассчитанные значения.

Пример полученного протокола показан на рисунке 2. Если Вас устраивает результат расчета, Вы можете распечатать его на принтере. Для этого нажмите кнопку «печать» расположенную рядом с кнопкой «Расчет».

Если данные расчетов необходимы для дальнейшей работы или переноса на другой компьютер их можно сохранить,. для этого в левой половине главного окна расположена кнопка «Сохранить».

Для исследования были взяты несколько марок конструкционных сталей. Расчетные данные были сопоставлены с экспериментальными. исследования приведены в таблице 3.

Рисунок 2. Протокол расчета

Таблица 3.

Сравнение расчетных и экспериментальных данных по температуре нагрева под закалку

Выводы

1. Изучено и освоено математическое моделирование термообработки процессов закалки и отпуска деталей из сталей 45, 40Х, 40ХН, и близких к ним по химическому составу конструкционных малоуглеродистых сталей .изготовляемых в МУ ПАО «НЛМК».
2. Доделана и полностью оттестирована программа термической обработки конструкционных сталей. Проведен выбор режима термической обработки малоуглеродистых конструкционных сталей. Полученные данные при расчете по программе были сравнены с экспериментальными литературными данными.
3. Математическое моделирование учитывало размещение деталей в печи, их размеры и вид изделий.
4. Входные данные: химсостав деталей, параметры деталей, размещение изделий в печи, нужный балл зерна и необходимая твердость полученных изделий.
5. Выходными параметрами являются температура и время нагрева под закалку, охлаждающая среда, температура и время выдержки при отпуске.