Obrabotka Metallov 2012 No. 3

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ № 3 (56) 2012 85 ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФЦП По химическому составу металла установле- но, что ротор паровой турбины изготовлен из стали 34ХН1МА. Эта сталь относится к классу конструк- ционных легированных и предназначена для изго- товления валов, роторов, дисков паровых турбин, валов-шестерен, муфт, зубчатых колес и других осо- бо ответственных, тяжело нагруженных деталей, ра- ботающих при температуре до 500 °С. В ходе исследования с применением просвечива- ющей электронной микроскопии (Просвечивающий электронный микроскоп Tecnai G2 FEI) установлено, что в составе исследуемого материала представлена α-фаза – феррит (твердый раствор углерода в α-Fe) и карбид железа (цементит Fe 3 C). Морфологически присутствует три компонента: феррит, карбид железа и перлит, состоящий из смеси α-фазы и карбида же- леза. Перлит в стали является совершенным по кон- центрации углерода. В структуре перлит преимуще- ственно присутствует в виде прослоек (рис. 2). Размер отдельных частиц цементита достигает 250×2500 нм. В зоне шпоночного паза (рис. 3, участок 2 ) выяв- лено большое число микротрещин с максимальной плотностью, определенной на расстоянии 0,2 мм от поверхности кручения. Микротрещины расположены преимущественно по границам зерен. В исследуемой стали параметр кристаллической решетки превышает параметр кристаллической решет- ки чистого α-Fe, а именно равен 2.8691…2.8696 Å. Это свидетельствует о том, что в твердом растворе присут- ствуют элементы, приводящие к увеличению параме- тра кристаллической решетки α-Fe. К таким элементам относятся элементы внедрения – C, N, в меньшей сте- пени O и элементы замещения – V, Mo, Mn, Cu. Все фрагменты содержат дислокации. Бездислока- ционные фрагменты также присутствуют в структу- ре материала, однако их объемная доля не превышает 5 %. Размер фрагментов во фрагментированной суб- структуре служит индикатором степени пластиче- ской деформации. Чем меньше размер фрагментов, тем больше степень пластической деформации. Средний размер фрагментов вблизи зоны шпоноч- ного паза (рис. 3, участок 2 ) имеет минимальное значе- ние (~2,5 мкм). Во всех остальных точках его величина почти в два раза выше и практически не меняется. Методом исследований состояния поверхностного слоя разрушенного ротора паровой турбины высокого давления со стороны излома был выбран спектрально- акустический метод, основанный на измерении време- ни задержки и скорости распространения волн Рэлея (измерительно-вычислительный комплекс «АСТРОН» [2–4], а также магнитошумовой метод, основанный на эффекте Баркгаузена [5, 6]. Для измерения акустических и магнитных харак- теристик датчики приборов устанавливались сначала вдоль, а затем и перпендикулярно поверхности иссле- дуемого ротора паровой турбины (рис. 3, участки 1 – 78 ). После установки датчика и получения устойчи- вых значений производилось измерение. Для полу- чения достоверных результатов измерения прово- дились в каждой точке не менее 8 раз. После записи результата измерений во временный буфер датчики перемещались в соседнюю зону, и по достижении устойчивого значения производили запись значений. Все измерения (скорость, величина времени за- держки ПАВ, интенсивность магнитного шума) за- Рис. 2. Изображение тонкой структуры зерна перлита (Стрелками отмечены пластины цементита) Рис. 3. Схема вырезки образцов для исследования методами элек- тронной микроскопии, зоны изме- рения акустических и магнитных характеристик