Підвищення гідроабразивної зносостійкості литих деталей з високохромистих чавунів - Автореферат

Накопичений досвід використання матеріалів для роботи в умовах впливу абразиву на відповідальні деталі агрегатів, зокрема насосного обладнання, свідчить, що найбільш перспективним є використання високохромистих чавунів. Експлуатаційні властивості виливків з високохромистих чавунів багато в чому залежать як від ступеня гетерогенності структури, так і від природи їх структурних складових. Робота виконувалась згідно плану науково-дослідних робіт кафедри промислового та художнього литва СНУ ім.В.Даля (БМ-7-99 „Фізико-хімічні та технологічні основи зварювальних, ливарних і споріднених процесів обробки металів”), та мала звязок з держбюджетною науково-дослідницькою роботою Міністерства освіти і науки України КГН-11-2004 „Розробка і дослідження високощільних конструкційних порошкових матеріалів на основі заліза з використанням мікромеханічних методів інтенсифікації процесів пластичної деформації”, номер держреєстрації 0104U008266 (участь здобувача - як виконавець). Структуру та властивості сплавів досліджували структурним аналізом; вимірюванням твердості металу та мікротвердості його структурних складових; випробуванням зразків в умовах гідроабразивного зношування, а також іспитів конкретних виливків в промислових умовах; рентгеноструктурним дослідженням фазового складу та тонкої структури поверхневих шарів виливок, деформованих абразивом. Встановлено: - працездатність хромистого чавуну в умовах гідроабразивного зношування залежить від релаксаційних властивостей чавуну, контролюється мікромеханізмами перетворення структури в умовах деформування і залежить від легування та модифікування металу, що, в свою чергу, забезпечує управління метастабільним аустенітом та формування мартенситу деформації і визначає кількість, тип і розмір карбідної фази;Білі чавуни з однаковою твердістю можуть відрізнятись за зносостійкістю вдвічі, а чавуни з однаковою зносостійкістю можуть мати більшу відмінність за твердістю. Аналіз багатьох літературних джерел показав, що твердість не може бути універсальним покажчиком зносостійкості, вона може тільки характеризувати відносну зносостійкість для сплавів з одноманітними структурами. Аналіз характеристик ряду сполук, які зустрічаються в сплавах і які розглядаються як зміцнювальні фази (карбіди, нітриди, бориди, у-фази) тощо - дає можливість зробити висновок щодо неможливості вибору зміцнювальної фази, яка б призводила до найкращого поєднання всіх механічних характеристик. Металографічний аналіз зразків досліджуваних сплавів проводили з метою встановлення впливу легувальних елементів і модифікувальних добавок на структурний стан високохромистого чавуну і його зносостійкість після різних режимів термічної обробки. Гартування > нагрів із швидкістю 50...700С/год до температури 650...6800С > нагрів із швидкістю 1000С/год до 950...9700С > витримка 30 хвилин і охолодження в маслі > відпуск протягом 1,5 годин при 180...2000С для зняття напруг. твердість зносостойкість колесо чавун Мартенсітно-карбідна структура дозволяла виключити вплив деформаційного зміцнення матриці і більш чітко визначити роль карбідної фази на формування зносостійкості сплавів.На основі аналізу та результатів дослідження встановлені передумови створення вихідного структурного стану, який забезпечує формування в конкретних умовах експлуатації високого опору руйнуванню. Працездатність системи абразив - метал тісно повязана з релаксаційними властивостями матеріалу, контролюється структурними перетвореннями і залежить від легування та модифікування, що утворюють вихідну структуру, а також забезпечує міцність мартенситу деформації, кількість і тип карбідної фази. Нагрів досліджених чавунів до температури 1000...12000С значно впливає на схильність аустеніту до розпаду при деформуванні та в процесі охолодження і послідуючого відпуску. Встановлено, що висока зносостійкість виливків забезпечується поряд з оптимальним сполученням структурних складових / г-і б-фаз, карбідів/ також здатністю метастабільного аустеніту до розпаду в процесі експлуатації завдяки реалізації деформаційного мартенситного механізму утворення фаз.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

1. На основі аналізу та результатів дослідження встановлені передумови створення вихідного структурного стану, який забезпечує формування в конкретних умовах експлуатації високого опору руйнуванню. Працездатність системи абразив - метал тісно повязана з релаксаційними властивостями матеріалу, контролюється структурними перетвореннями і залежить від легування та модифікування, що утворюють вихідну структуру, а також забезпечує міцність мартенситу деформації, кількість і тип карбідної фази.

2. Досліджено вплив легування Mn /2...8%/, Mo /0,8...1,3%/, V /0,3...1%/, Nb /0,3...0,4%/, B /0,1...0,2%/, модифікування Се (до 0,2%) а також режимів термообробки (відпуску 680, 740, 7800С) і (гартування та нормалізація від1050...11000С) на формування структури та зносостійких характеристик хромистих чавунів / С=2,1...2,8%; Cr=18...22%/. Нагрів досліджених чавунів до температури 1000...12000С значно впливає на схильність аустеніту до розпаду при деформуванні та в процесі охолодження і послідуючого відпуску.

3. Максимальна зносостійкість високохромистого чавуну досягається при вмісті вуглецю близькому до евтектичного складу (2,5...3,0%). Вміст хрому при цьому знаходиться у межах 18...21%.

4. Встановлено, що висока зносостійкість виливків забезпечується поряд з оптимальним сполученням структурних складових / г- і б- фаз, карбідів/ також здатністю метастабільного аустеніту до розпаду в процесі експлуатації завдяки реалізації деформаційного мартенситного механізму утворення фаз. Досліджений механізм зміцнення поверхневих шарів деталей високохромистих чавунів під впливом деформаційно-руйнівних процесів. Доведено, що висока зносостійкість досягається в результаті перетворення г-б (кількість метастабільного аустеніту повинна бути не більше 30%), при цьому, кінетика і механізм фазових перетворень в робочому шарі зумовлюються властивостями аустеніту та параметрами деформування.

5. Встановлено, що в литому стані зносостійкість Cr-Mn-Mo чавунів, легованих Nb або V в 1,6...2,0 рази вища, ніж литого чавуну ИЧХ28Н2.

6. Враховуючи комплексний характер легування дослідних сплавів та можливі звуження інтервалів кристалізації і виділення евтектики, були визначені основні технологічні властивості чавунів /температури ліквідус - 1270...13000С, солідус - 1240...12700С, рідкоплинність - 410...580мм, лінійна усадка 1,7...2,1%, тріщиностійкість/, що показали гідроабразивну стійкість, яка перевищує стійкість еталонного сплаву ИЧХ28Н2.

7. Розроблено ливарну технологію виготовлення робочих коліс вуглесоса УЦ900/85 і насоса 5ГР-8 в піщано-глинястих формах та робочих коліс шламового насоса ШН-270 методом лиття за моделями, що газифікуються, одержані якісні виливки робочих коліс насосів. Технологія виготовлення робочих коліс насосів із зносостійкого сплаву прийнята до виробництва ТОВ „Сплав-100”, що підтверджено актом впровадження дослідного сплаву і технології виготовлення робочих коліс.

1. Гутько Ю.И., Шалевская И.А. Исследование вопроса повышения износостойкости литых деталей углеобогатительного оборудования // Вісник Східноукр. нац. універ. ім. В. Даля. - 2006. - №6. Ч.2. - м. Луганськ. - с.20-24.

2. Гутько Ю.И., Шалевская И.А. Оптимизация технологического процесса изготовления отливок колес грунтовых насосов из высокохромистых чугунов // Восточноевропейские передовые технологии. - 2006. - №5/1(23). - м. Харків. - с.38-41.

3. Шалевська І.А. Механізм зміцнення поверхневих шарів деталей з високохромистих чавунів при абразивному зношуванні // Металознавство та обробка металів. - 2006. - №4.- с. 36-39.

4. Тихонович В.И., Гаврилюк В.П., Шалевская И.А. Пути повышения абраз. стойкости хромистых чугунов // Процессы литья. - 2005.- №2 - с.84-90.

5. Шалевская И.А., Гутько Ю.И. Влияние содержания углерода и хрома на износостойкость сплавов системы Fe - Cr - C в гидроабразивной среде. // Вісник Кременч. держ. Політехн. університету. - 2006. - №5(40). - с.17-18.

6. Гутько Ю.И., Шалевская И.А. Модифицирование высокохромистых чугунов для повышения физико-механических свойств // Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (на підставі матеріалів ХІ Міжнародної науково-практичної конференції “Університет і регіон”/ Міжнародні Далівські читання/ 20 жовтня 2005року). - 2005. - м.Луганськ. - с.94.

7. Гутько Ю.И., Шалевская И.А. Пути повышения абразивной стойкости хромистых чугунов // Збірник наукових праць Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля (на підставі матеріалів ХІ Міжнар. Наук.-практ. конференції “Університет і регіон”/ Міжнародні Далівські читання/ 20 жовтня 2005року). - 2005. - м.Луганськ. - с.94-95.