4. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЧНОСТИ СТАЛЕЙ 20ХМФЛ И 15Х1М1ФЛ И СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ТЕПЛОУСТОЙЧИВЫХ СТАЛЕЙ
К механическим свойствам металла корпусных деталей турбин и паровой арматуры, работающих при длительном воздействии высоких температур и больших удельных нагрузок, предъявляются, как известно, особые требования.
Вырезка и изготовление образцов из литых деталей являются трудоемкими операциями, а в ряде случаев вырезка образцов невозможна из-за конструктивных особенностей деталей. К тому же следует учитывать тот факт, что ограниченные возможности вырезки образцов приводят, как правило, к непредставительности полученных результатов. Особенно это относится к крупногабаритным литым деталям, имеющим сложную конфигурацию и значительную разностенность. Именно в этих случаях безобразцовые методы контроля предпочтительны.
Авторами было проведено исследование зависимости твердости и характеристик прочности сварных соединений труб паропроводов, а также наиболее широко применяемых литых сталей 20ХМЛ, 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ.
Твердость определялась с помощью стационарных и переносных твердомеров на специально подготовленных поверхностях образцов, вырезанных из литых деталей и сварных соединений. Окончательные значения твердости каждого образца принимались как среднее из суммы трех измерений. Стандартные образцы на растяжение испытывали на разрывной машине УМ-5. В качестве оптических средств для измерений отпечатков применяли микроскоп МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм.
Следует отметить неоднородность механических свойств крупных отливок, возникающую из-за неравномерности нагрева и охлаждения отливок в процессе термической обработки. Исследования ЛМЗ показали, что неоднородность механических свойств высокотемпературных деталей паровых турбин характеризуется пониженными значениями условного предела текучести, ударной вязкости и относительного сужения металла фланца по сравнению с другими участками деталей.
Аналогичная неоднородность свойств наблюдается и в металле клапана автоматического затвора, особенно в образцах, вырезанных из зон, прилегающих к внутренней поверхности отливок, которые во время нормализации охлаждаются с наименьшей скоростью.
Исследовались сварные соединения как в исходном состоянии, так и после различных сроков эксплуатации. Швы были сварены электродами ЦЛ-14, ЦЛ-20М и ЦЛ-27. Из различных зон сварного соединения изготавливали пятикратные образцы диаметром 6 мм для испытания на растяжение. Твердость темплетов измеряли на стационарных твердомерах ТШ-2 и переносных типов МЭИ-Т и ВПИ-ЗК.
По методике Марковца взаимосвязь между твердостью на пределе текучести Н и условным пределом текучести σ литых деталей низколегированных сталей перлитного класса (20ГСЛ, 20ХМЛ, 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ) выражается формулой
(3-57)
На основании многочисленных испытаний образцов и исследований металла литых деталей авторы установили следующие уточненные зависимости для определения механических характеристик металла литья из теплоустойчивых сталей. Для сталей 20ХМЛ, 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ
(3-58)
при НВ≤160
(3-59)
при НВ> 160
(3-60)
Предел прочности сварных швов паропроводов и коллекторов для наплавленного металла типа Э-ХМ
σв=0,3 НВ+2,0; (3-61)
для Э-ХМ и Э-МХ
σΒ=0,3 НВ+6,5. (3-62)
Исследованиями установлено, что зависимости между характеристиками прочности и твердости углеродистых и низколегированных сталей перлитного класса как в литом, так и в деформированном состоянии являются общими. Для теплоустойчивых сталей перлитного класса 20ХМЛ, 20ХМФЛ и 15Х1М1ФЛ и наплавленного металла типов Э-МХ, Э-ХМ и Э-ХМФ значения механических характеристик, определенных методом твердости, близки к значениям соответствующих характеристик, определенных при испытании на растяжение.
