03Х13Н5М5К9 (ВНЛ-6) — высокопрочная коррозионностойкая литейная сталь
ВНЛ-6, также обозначаемая как 03Х13Н5М5К9, — высоколегированная литейная сталь аустенитно-мартенситного класса. Марку применяют для ответственных фасонных отливок, от которых требуются высокая прочность, коррозионная стойкость и сохранение свойств после термической обработки.
Из ВНЛ-6 изготавливают детали авиационной и ракетно-космической техники, в том числе сложные корпусные отливки. Один из характерных способов производства таких деталей — литьё по выплавляемым моделям.
Обозначение ВНЛ-6
Обозначение ВНЛ-6 используется в отраслевой документации. Марка также встречается под обозначениями 03Х13Н5М5К9, 03Х13Н5М5К9-ВИ и ВНЛ6-ВИ — в зависимости от вида металлопродукции и способа выплавки.
Обозначение 03Х13Н5М5К9 отражает основную систему легирования:
- 03 — номинальное содержание углерода около 0,03 %;
- Х13 — около 13 % хрома;
- Н5 — около 5 % никеля;
- М5 — около 5 % молибдена;
- К9 — около 9 % кобальта.
Низкое содержание углерода и легирование хромом, никелем, молибденом и кобальтом позволяют после закалки, обработки холодом и отпуска получить высокий уровень прочности при достаточной пластичности.
Нормативная документация
Требования к ВНЛ-6 зависят от вида продукции.
Фасонные отливки
Для деталей, получаемых литьём, применяется:
ОСТ 1 90090-79 — «Отливки фасонные из высоколегированной стали со специальными свойствами».
Стандарт распространяется на фасонные отливки, изготовленные:
- литьём по выплавляемым моделям;
- заливкой металла в керамические формы по постоянным моделям.
ОСТ устанавливает режим термической обработки ВНЛ-6, механические свойства контрольных образцов, группы контроля, требования к поверхности и внутреннему качеству отливок.
Литые прутки и прутковая заготовка
Для металлопродукции вакуумно-индукционной выплавки применяются отдельные технические условия:
- ТУ 14-1-5114-92 — литые прутки из стали 03Х13Н5М5К9-ВИ (ВНЛ6-ВИ);
- ТУ 14-1-5115-92 — прутки из стали 03Х13Н5М5К9-ВИ (ВНЛ6-ВИ).
В более ранней документации для проката из ВНЛ-6 встречается также ТУ 14-1-861-74. При заказе необходимо проверять обозначение марки, вид продукции и редакцию нормативного документа, указанного в чертеже или спецификации.
Химический состав ВНЛ-6
В таблице химического состава ОСТ 1 90090-79 для ВНЛ-6 указано: «высылается по запросу». Поэтому стандарт не публикует открытые численные пределы содержания всех элементов этой марки.
Обозначение 03Х13Н5М5К9 показывает номинальную систему легирования, но не заменяет нормативный состав с установленными пределами и допустимыми отклонениями.
При производстве отливок химический состав контролируют по каждой плавке. Для приёмки используют требования согласованной нормативной документации и результаты анализа металла.
Термическая обработка ВНЛ-6
По ОСТ 1 90090-79 отливки и заготовки контрольных образцов из ВНЛ-6 проходят следующую термическую обработку:
- закалка с температуры 1130 ± 10 °C с охлаждением на воздухе;
- обработка холодом при −70 °C в течение 2 часов;
- отпуск при 480 °C в течение 3 часов;
- охлаждение на воздухе.
Вместо обработки при −70 °C допускается обработка холодом при −55 °C в течение 4 часов.
После нагрева под закалку отливки рекомендуется охлаждать вроссыпь с принудительной подачей воздуха. По согласованию с ВИАМ могут применяться другие режимы термической обработки.
Для ВНЛ-6 соблюдение полного режима особенно важно: требуемый уровень прочности формируется не только химическим составом, но и последовательностью закалки, охлаждения до отрицательной температуры и последующего отпуска.
Механические свойства
ОСТ 1 90090-79 нормирует свойства отдельно отлитых образцов после установленной термической обработки.
| Показатель | Значение |
|---|---|
| Временное сопротивление | не менее 140 кгс/мм², около 1370 МПа |
| Предел текучести | не менее 100 кгс/мм², около 980 МПа |
| Относительное удлинение | не менее 15 % |
| Относительное сужение | не менее 35 % |
| Ударная вязкость | не менее 5,0 кгс·м/см², около 49 Дж/см² |
| Диаметр отпечатка по Бринеллю | 2,9–3,2 мм |
Пластические свойства образцов, вырезанных непосредственно из отливки, должны составлять не менее 80 % от значений, установленных для отдельно отлитых образцов.
Для деталей, работающих при отрицательных температурах, испытание на ударную вязкость проводят при −196 °C. В этом случае ударная вязкость должна быть не менее 3 кгс·м/см², или около 29 Дж/см².
Приведённые показатели относятся к образцам, прошедшим термическую обработку по стандарту. Свойства конкретной детали зависят также от её толщины, конфигурации, условий кристаллизации и расположения элементов литниково-питающей системы.
Применение ВНЛ-6
ВНЛ-6 используют для ответственных деталей авиационного, ракетно-космического и специального машиностроения.
Из этой стали изготавливают:
- корпусные отливки;
- детали турбонасосных агрегатов;
- силовые кронштейны;
- крышки и фланцевые элементы;
- детали со сложными переходами сечений;
- изделия, к которым предъявляются требования по прочности и герметичности.
Известно применение ВНЛ-6 для литых корпусных деталей турбонасосных агрегатов жидкостных ракетных двигателей. Такие изделия работают при сочетании температурных, динамических и силовых нагрузок, поэтому для них особенно важны плотность металла и отсутствие внутренних литейных дефектов.
Марку выбирают по конструкторской документации. Возможность её замены другим материалом должна оцениваться с учётом не только прочности, но и коррозионной стойкости, режима термической обработки и требований к контролю готовой детали.
Особенности изготовления отливок
ВНЛ-6 применяют для точного литья деталей сложной конфигурации. Литьё по выплавляемым моделям позволяет получать фасонные изделия с развитой поверхностью, рёбрами, переходами толщин и участками, труднодоступными для последующей механической обработки.
При разработке технологии необходимо учитывать склонность высоколегированных сталей к образованию усадочных дефектов. Для каждой детали отдельно прорабатывают:
- положение отливки в форме;
- конструкцию литниково-питающей системы;
- направление затвердевания;
- места установки прибылей;
- толщину стенок и переходы сечений;
- припуски на механическую обработку;
- программу термической обработки и контроля.
Для герметичных корпусных деталей особое значение имеют рентгенографический контроль и проверка плотности металла в местах сложного питания и массивных переходов.
Контроль отливок
ОСТ 1 90090-79 разделяет отливки на три группы в зависимости от объёма приёмо-сдаточного контроля.
Первая группа
Для наиболее ответственных деталей предусматриваются:
- испытания механических свойств на отдельно отлитых образцах;
- выборочные испытания образцов, вырезанных из контрольной отливки;
- рентгенографический контроль 100 % отливок;
- магнитопорошковый или капиллярный контроль 100 % отливок.
Вторая группа
Механические свойства проверяют на отдельно отлитых образцах. Вид и объём неразрушающего контроля указываются в технических требованиях чертежа.
Третья группа
Проводится поштучный или выборочный контроль твёрдости.
Группу контроля назначает конструктор и указывает в чертеже. Места проверки твёрдости, зоны рентгенографического контроля и участки вырезки образцов также должны быть определены конструкторской документацией.
Изготовление деталей из ВНЛ-6 методом литья по выплавляемым моделям
Компания «СОЮЗ-МЕТАЛЛИСТ» производит детали из стали ВНЛ-6 методом литья по выплавляемым моделям. Технология позволяет получать изделия сложной формы с высокой точностью размеров и небольшими припусками на последующую обработку.
Берём в работу малые и средние партии, в том числе опытные и единичные заказы. Изготавливаем корпусные детали, кронштейны, рычаги, фланцевые элементы и другие фасонные изделия по чертежам или 3D-моделям заказчика.
В состав заказа могут входить:
- термическая обработка;
- механическая обработка;
- рентгенографический контроль;
- люминесцентная дефектоскопия;
- контроль механических свойств;
- проверка химического состава плавки.
Для расчёта необходимо направить чертёж или 3D-модель, указать количество деталей и требования к обработке и контролю. После изучения документации определим возможность изготовления, срок и стоимость производства.