Зносостійкий чавун

Зносостійкий чавун, який містить залізо, вуглець, кремній, хром, марганець, карбідоутворювальний компонент, що включає титан, ніобій та цирконій, який відрізняється тим, що 3 38928 первинного аустеніту, які сприяють вибірковому абразивному зносу сплаву. При вмісті вуглецю більше 3,0% в мікроструктурі формуються крупні гексагональні і голковидні включення первинних карбідів, які порушують суцільність металу, знеміцнюють його і роблять крихким сплав, зменшуючи його опір зносу. Крім того, частини крупних заевтектичних карбідів можуть самі бути додатковим абразивним матеріалом після викришування із металевої основи. Вибір діапазону вмісту хрому (17,0-22,0%) пояснюється необхідністю формування високолегованої матриці, яка має високу зносостійкість, з вкрапленими гексагональними карбідами типу (Fе,Сr)7С3, які мають максимальну мікротвердість. При вмісті хрому більше 22,0% в структурі чавун у з'являється значна кількість фериту, що сприяє зниженню зносостійкості сплаву, хоча твердість при цьому продовжує тро хи рости через деяке збільшення кількості карбідів. При вмісті хрому менше 17,0% різко знижується зносостійкість чавуну при одночасному зниженні твердості і ливарних властивостей. Вміст марганцю підвищено до 3,2-4,2% з метою попередження феритизації матриці в процесі термічного оброблення литих деталей. Крім того, виявлено значне покращання експлуатаційних властивостей при спільному легуванні марганцем і хромом в даних межах. Вміст кремнію в межах 0,8-1,4% є звичайним для білих чавунів, які виплавляються на шихті із стандартних матеріалів. Титан (0,16-0,25%), ніобій (0,13-0,19%) і цирконій (0,11-0,17%) вводяться в чавун для утворення дисперсних евтектичних карбідів і підвищення їх мікротвердості легуванням. Спеціальні карбіди і карбонітриди титану, ніобію, цирконію а також комплексні карбіди типу (Ti,Nb,Zr)C відрізняються максимальною мікротвердістю і евтектика на їх основі ефективно чинить значний опір абразивному зносу. Сполуки титану, ніобію та цирконію, які видокремлюються в процесі охолодження із рідкого розчину, слугують додатковими центрами кристалізації карбідної фази, сприяють подрібненню евтектики і підвищують зносостійкість чавун у. Виявлено, що для запропонованого складу чавун у і для таких карбідоутворювальних елементів, як титан, ніобій, та цирконій, кількість карбідоутворювального компонента в інтервалі 0,060,11мас. частин від вмісту вуглецю дає найвищий ефект проявлення найкращої сукупності властивостей чавун у. Це стосується вибору карбідоутворювального компонента як кожного з цих елементів, так і будь-якої їх сук упності за умови використання їх в зазначених межах. Додержування цього критерію дало можливість одержати більш гарантований вибір оптимального складу чавуну, який задовольняє вимогам щодо необхідних параметрів, тобто підвищення зносостійкості та тріщиностійкості, а також більш точно визначати межі, в яких знаходиться інтервал значень вмісту всіх інших компонентів в порівнянні з прототипом. 4 Бор в чавуні є добавкою, яка підвищує зносостійкість чавуну після додавання його в чавун в межах 0,002-0,004%, при більших його добавках різко знижується пластичність чавун у. Присадка сурми (0,05-0,08%) сприяє помітному підвищенню твердості і зносостійкості. Це пояснюється тим, що сурма виявляє вплив не тільки на евтектичне перетворення, але і на кристалізацію аустеніту. С урма, переміщуючи евтектичну точку в бік меншого вмісту вуглецю, збільшує кількість евтектики і подрібнює її. При подальшому підвищенні присадки сурми твердість і зносостійкість сплаву падають. Відомо, що комплексне легування більшою кількістю елементів при малому вмісті кожного з них більш ефективно впливає на властивості сплавів, ніж легування одним чи двома елементами при більшому їх вмісті. Це пояснюється тим, що легуючі елементи впливають на властивості сплавів не аддитивно, а по-своєму підсилюючи один одного, тобто проявляють синергічний ефект. Введення в чавун активних карбідоутворювачів - ти тану, ніобію, цирконію, а також бору, суттєво підвищує мікротвердість складнолегованих карбідів, а зміцнення матричного зв'язка евтектичних карбідів введенням сурми суттєво підвищує абразивну стійкість чавуну при невеликих динамічних навантаженнях. Таким чином, після введення вказаних елементів у чавун спостерігається синергічний ефект їх дії, який найбільшою мірою проявляється при вказаному ви ще співвідношенні компонентів. Чавун виплавляли методом сплавлення шихтових компонентів в індукційній електропечі з нагрівом до 1430±10°С. Випробування зразків усіх виплавлених чавунів здійснювали за однаковою методикою. Усі зразки для випробувань піддавали термічному обробленню за наступним режимом: - нагрівання до 790°С із швидкістю 70°С/год.; - витримування при температурі 790°С протягом 2год.; - охолодження на повітрі. Випробування на знос здійснювали на лабораторній роторній установці із швидкістю обертання 540об./хв. протягом 8год. Як абразив використовували кар'єрний пісок із середньою зернистістю 0,2мм. Інтенсивність зносу визначали за втратою маси зразка в мг/год.. Тріщиностійкість чавуну визначали за допомогою кільцевої технологічної проби діаметром 160мм, висотою 100мм, товщиною стінки 7мм і робочою дільницею 30х30мм по всій висоті проби за величиною площі тріщини в мм 2. Твердість виплавлених чавунів визначали твердоміром ТК-14250 в од. HRC. Запропонований чавун можна використовувати для виготовлення зносостійких литих деталей багерних насосів в теплоенергетиці, гірничодобувній галузі тощо. Підвищення роботоспроможності багерних насосів на теплових електростанціях сприяє зменшенню простоїв устатк ування, а також витрат на проведення ремонтних робіт. 5 38928 6 Таблиця 1 Хімічний склад чавунів, масових % Елементи С Мn Сr Si Mo Сu Са Mg СІ G Al V Nb Ті Zr В Sb Fe S(Ti,Nb,Zr) S/%C Прототип 2,86 2,91 19,1 1,22 1,41 1,12 0,002 0,03 0,03 1,15 2,35 2,14 1,35 1 2,60 3,26 17,1 0,81 0,16 0,16 0,11 0,003 0,002 решта №№ чавунів 3 4 2,73 2,78 3,43 3,61 18,8 19,5 0,97 1,13 2 2,69 3,35 18,3 0,95 решта 0,16 0,06 решта 0,17 0,10 0,14 0,16 5 2,81 3,78 20,4 1,40 6 2,93 4,02 21,3 1,23 7 3,0 4,39 22,0 1,31 0,17 0,16 0,12 0,15 0,18 0,18 0,11 0,004 решта 0,30 0,11 0,003 0,05 решта 0,28 0,10 0,06 решта 0,17 0,06 0,08 решта 0,29 0,10 решта 0,33 0,11 Таблиця 2 Властивості чавунів №№ чавунів Прототип 1 2 3 4 5 6 7 Відносна тріщиностійкість 1 1,14 1Д9 1,22 1,24 1Д8 1Д9 1,15 Комп’ютерна в ерстка А. Рябко Твердість, HRC Знос, мг 49 54 57 58 53 54 56 55 48 37 35 34 36 35 38 36 Підписне Відносна зносостійкість 1 1,30 1,37 1,41 1,33 1,37 1,26 1,33 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601