автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Исследование закономерностей структурообразовзния, кинетики бейнитного превращения в чугунах и разработка способов улучшения эксплуатационных свойств

Государственная металлургическая академия Украины

РГБ ОД

I

2 7 ОКГ 1998

Куцов Андрей Юрьевич УДК 669.017.03

"ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ, КИНЕТИКИ БЕЙНИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЧУГУНАХ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ УЛУЧШЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ

СВОЙСТВ"

*

05.16.01 Металловедение и термическая обработка металлов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

г.Днепропетровск 1998

Диссертация является рукописью

Работа выполнена в Государственной металлургической академии Украины, Министерства Образования Украины .

Научный руководитель академик HAH Украины, докт.техн.наук. профессо!

Таран-Жовнир Юрий Николаевич Государственная металлургическая академия Украины, ректор

Официальные опоненты:

докт.техн.наук. професор. Спиридонова Ирина Михайловна. Днепропетровский Государственный Университет, профессор кафедры металлофизики

докт.техн.наук. профессор. Коваль Юрий Николаевич. Институт металлофизики HAH Украины, заместитель Директора

Ведущая организация Физико-технологический институт металлов и сплавов. HAH Украины. г.Киев

Защита состоится "/О" 4Ф_1998г. в 12 часов на заседании

специализированого учёного совета Д 08.084.02 . Государственной металлургической академии Украины . проспект Гагарина 4. г.Днепропетровск. Украина 320635

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государственной металлургической академии Украины, проспект Гагарина 4. г.Днепропетровск. Украина 320635

Автореферат разослан _

Учёный секретарь [

специализированного ученого советату-—4 —-----Комаров.А.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Повышение качества п надёжности детален и конструкций, в сочетании со снижением их энерго- и металлоемкости, относятся к числу важнейших задач, стоящих перед материаловедами Украины. Решение этих задач непосредственно связано с повышением свойств конструкционных материалов, п частности, чугумов различных классов, широко применяемых во всех отраслях промышленности.

Эффективным способом решения этих задач является термическое упрочнение чугунных отливок. Свойства деталей из чугунов различных типов могут быть существенно улучшены за счет термической обработки на бейннт в твёрдом состоянии. Актуальность темы

В настоящее время известно, что высокопрочный чугун с бейнитной структурой матрицы обладает комплексом механических м служебных свойств, который позволяет рассматривать этот класс материалов как перспективный, с точки зрения замены низколегированных сталей, традиционно применяемых для изготовления широкого спектра деталей машиностроения. Такая замена обусловливает ряд серьёзных экономических преимуществ : снижение металлоемкости и энергоёмкости изделий в 1.21.3 раза; сокращение длительности производственного никла как минимум в 2 раза; увеличение срока службы дорогого металлообрабатывающего инструмента в 2-9 раз при различных операциях механической обработки Наряду с этим, замена стальных деталей чугунными обеспечивает: снижение уровня шума при работе механизмов и машин за счёт более высоком демпфирующей способности чугуна; быструю прнрабатываемость в условиях сухого трения и трения со смазкой; снижение массы деталей на 10% при равных прочностных и пластических характеристиках (по сравнению со сталью),| либо при равной массе более высокий комплекс свойств

Половинчатые чугуны, используемые в промышленности для производства валбв и других изделий, легированы молибденом и никелем, что позволяет сформировать бейнитную структуру матрицы в литом состоянии без термической обработки. Снижение содержания указанных дорогих и остродефицитных, в условиях Украины, легирующих элементов в половинчатом чугуне, за счет термической обработки на бейннт, позволяет существенно снизить себестоимость продукции.

Таким образом, разработка режимов термического упрочнения различных классов чугунов на бейннт позволяет снизить мсталло- и энергоёмкость производства, расходы на закупку дорогих легирующих элементов, улучшить потребительские свойства машиностроительной продукции, а в случае белых чугунов сократить расходы на вспомогательные материалы и оборудование п условиях машиностроительных, литейных и металлургических предприятий Украины

Связь с научными программами и плачами Диссертационная работа обобщает часть результатов исследований, выполненных в рамках реализации научно-технических работ по программе ГКПТ Украины 7.02 "Новые металлические материалы" проект № 7 02.04/052.92 "Разработка теории и технологии производства бемнитмых чу|унон с шаровидным графитом для последующего их внедрення на машиностроительных предприятиях Украины", по программе научно-исследовательских работ Министерства Образования Украины НИР "Исследование структурного состояния и кинетики твердофазных превращений в ходе изотермической закалки матрицы чугунов и разработка оптимизированных режимов термической обработки с целью достижения наилучшего сочетания свойств чугунных отливок" (19961998 гг.), по Государственной научно-технической программе 04.03 "ГПдвшцення наджносл та довпшчносл машин та конструкций" проект № 04.03/00897 "Розробити склади I процеси змщнюючоТ обробки зал!зо-вуглецевпх сплав|'в, що забезпечують пщвищення зносостшкосп та спещальних службових властивостей деталей; машин з важкими умовами експлуатацп" (1997-1998). Цель » задачи работы

Цель настоящей работы - разработка режимов термического упрочнения чугунов различного тира (высокопрочного, половинчатого и белого высокохромистого), позволяющих достигать повышенного комплекса механических и служебных свойств в отливках.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• исследовать закономерности формирования бейнитной структуры в высокопрочном, половинчатом и белом высокохромнстом чугуиах;

• исследовать кинетику бейнитного превращения в указанных типах чугунов и построить изотермические диаграммы распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области,

• установить взаимосвязь между структурными параметрами и механическими свойствами в термообработанном на бейнит состоянии.

Научная новизна

Установлено, что, в соответствии с общими закономерностями фазовых превращений в твёрдом состоянии, бейнитиые агрегаты во всех изученных классах чугунов формируются преимущественно на имеющихся межфазных поверхностях аустснит/графнт (в высокопрочных и половинчатых чугуиах) и аустенит /карбид (в белом высокохромистом чугуне).

Показано, что нижний бейнит в высокопрочном чугуне формируется по границам зерен исходного аустенита. Аналогичный характер структурообразования был установлен и в белом высокохромнстом чугуне. С точки зрения общих закономерностей бейнитного превращения в сплавах системы железо-углерод это явление не является принципиально новым, поскольку подобный эффект был зафиксирован в большом числе работ по исследованию беннита в сталях. Однако, для структурообразования в чугуиах эта особенность обнаружена впервые.

Установлено, что нижний беГпшг в половинчатых чугунах имеет линзообразную морфологию, схожую с морфологией мартенсита в высокоуглеродисгых сплавах системы железо-углерод. Образование нижнего беннита линзообразной морфологии фиксировали различные авторы в заэвтектоидных сталях с содержанием углерода 1.1-1.6% по массе, однако в половинчатых чугунах такая особенность зафиксирована впервые.

Впервые обнаружено, что в процессе бейнитной реакции в высокопрочных чугунах ВЧ60 и ВЧ80 в структуре металлической матрицы формируются два аустенита, отличающихся по параметру решетки н содержанию углерода. Исследована динамика изменения параметра решетки и содержания углерода в аустсните при варьировании температурио-временных параметров изотермической выдержки в бейнитной области. Показано, что в высокопрочных чу|унах кинетика бейнитного превращения контролируется диффузионным перераспределением углерода между фазами Установлено, что при высокой температуре изотермической выдержки более быстрое насыщение испревращемного аустенита углеродом обусловливает существенное замедление развития превращения

В работе изучена кинетика бейнитного превращения в высокопрочном, половинчатом, белом высокохромистом чугунах и впервые построены диаграммы изотермического распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области температур. В случае высокопрочного чугуна установлен ранее неизвестный факт-напнчия двух отличных друг от друга, С-образных кривых, описывающих формирование верхнего и нижнего беннита. Для каждого типа чугунов установлен температурный интервал перехода от верхнего к нижнему беиниту.

Практическое значение полученных результатов. Впервые построенные в диссертационной работе диаграммы изотермического распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области температур для трех изученных типов чугунов являются справочным материалом п будут использованы при разработке режимов термической обработки конкретных изделий

Разработанные, на основе проведенного п диссертационной работе комплекса исследований, режимы изотермической закалки на бейиит высокопрочного чугуна рекомендованы к использованию в промышленных условиях для термического упрочнения различных отлппок машиностроительного назначения. Установленная количественная взаимосвязь между соотношением бейнпта и (феррита+перлита) в структуре матрицы высокопрочного чугуна также является справочным материалом и может быть использована для опенки качества крупногабаритных термоупрочнённых отливок.

Режимы изотермической закалки па бейннт белого высокохромистого чугуна, разработанные на основании проведенных исследований, прошедшие опытно-промышленное опробование в условиях ПО "IOM3" (г.Днепропетровск), предназначены для увеличения срока службы лопаток дробеметных аппаратов, плит бронезащиты и других деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа.

Данные о взаимосвязи параметров термического упрочнения на бейиит, структурных характеристик матрицы и свойств экономнолегиропанпого половинчатого чугуна, позволяют рекомендовать предложенный химический состав, совместно с разработанными режимами термического упрочнения на бейннт для использования в промышленности взамен более высоколегированных марок чугуна. Широкое промышленное внедрение указанных разработок требует проведения дополнительных исследований по корректировке состава и режимов термической1 обработки применительно к конкретной номенклатуре изделий и условиям производства.

Личный вклад соискателя . Соискателем исследованы закономерности формирования структуры чугунов ВЧ-60, ВЧ-80, КПХМНБ, ИЧХ12НМФТ в бейнитной области температур, определены температурные интервалы фазовых переходов, изучена кинетика бейннтного превращения в исследованных чугунах. Разработаны режимы изотермической закалки на бейннт, позволяющие улучшить комплекс механических и эксплуатационных свойств, и проведено их опытное опробование в условиях машиностроительных предприятий. В диссертации не использованы идеи и разработки соавторов, с которыми опубликованы печатные работы.

Личный вклад соискателя в опубликованные в соавторстве работы (в порядке приведенном в списке опубликованных работ):

1-3, б, 8-14 : Постановка задачи и планирование экспериментов, анализ литературы и полученных экспериментальных данных, формулирование выводов.

4,5, 7 : Подбор и анализ литературы, формулирование выводов.

5 : разработка модели бейннтного превращения.

1-3, б, 8-12, 14 : проведение термической обработки и металлографических исследований.

1- определение интервалов фазовых превращений, изучение кинетики прервагце-ння в бейнитной области

2, Л, 8, 9, 10 - расчет и анализ рсштсиогрпфичсскпх данных

б, 11, 13, 14 : определение механических свойств.

12 : моделирование механических свойств.

Апробация результатов диссертации

Результаты диссертации были доложены и обсуждены на:

1. II Международной конференции "Материалы для строительства" ICMB'93, Днепропетровск, Украина, 1993 г.

2. V Всеукраинской студенческой научной конференции "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Донецк, Украина, 1995г.

3. Ill Черкасском Семинаре стран Содружества "Актуальные вопросы диффузии, фазовых и структурных превращений в сплавах", Сокирне, Украина, 1995 г.

4. Международной научно-технической конференции "Качество и долговечность зубчатых передач и редукторов", Харьков, Украина, 1995 г.

5. Конференции "Металловедение и обработка металлов". Донецк, Украина, 1996г.

6. -Международном конференции "Zcliwo sfcroidalnc sznnsn rorwoju polskiego odlewnictwa", Krakow, Poland, 1996.

7. 4th European Simposium on Martensitic Transformations, Enschede, Tlie Netherlands, July 1997.

8. XVth Physical Metallurgy and Materials Science Conference "Advanced Materials and Technologies", Krakow-Krynica, Poland, May 1998

Публикацнн. Результат диссертации опубликованы в ^ статьях в научных

журналах, 7 сборниках и тезисах научных конференций.

Структура к объём работы . Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, 1 приложения. Полный объём диссертации lj(ßстр. Диссертация включает51 рисунков, 3 таблиц, I приложение, список использованных литературных источников из 148 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

На основании анализа и обобщения литературных данных выявлено, что механизм бейнитного превращения в чугунах такой же, как и в сталях. Однако, вследствие того, что на стадии затвердевания легирующие элементы в чугунах распределяются неоднородно по объёму астенита, бейнитное превращение также развивается неоднородно, в соответствии с вариациями химического состава исходного аустенита. Ещё одной существенной особенностью чугунов является то, что содержание легирующих элементов к, особенно, углерода определяется температурой нагрева под закалку, вследствие растворения графита и/или карбидов, при нагреве в область температур, соответствующих двухфазной области аустенит-графит и/или аустенит-карбид.

Анализ литературы показал, что кинетика бейнитного превращения, закономерности структурообразования в бейнитнон области в высокопрочных чугунах, соответствующих ГОСТ 7293-85, изучены не достаточно. Отсутствует информация о взаимосвязи их структурных параметров и механических свойств. Кроме того, в литературе отсутствует информация о струкгурообразованпи и кинетике беннитного превращения в половинчатом КПХМНБ и белом ИЧХ12НМФТ чугунах.

Таким образом, было необходимо изучить закономерности структурообразования, кинетику бейнитного превращения в исследованных чугунах, установить взаимосвязь между структурой, параметрами термической обработки и механическими свойствами и разработать на этой основе режимы термического упрочнения на бейнит.

МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ.

В работе исследовали высокопрочный чугун промышленной плавки ВЧ-SO (ГОСТ 7293-85), модельный высокопрочный чугун типа ВЧ-60, половинчатые чугуны для каландровых валов КШМНБ и КПХМНБ (ТУ 14-2-159-74), белый высокохромистый износостойкий чугун ИЧХ12НМФТ (ТУК М25-92 и ТУК М22-92), химический состав которых приведен в таблице 1.

Термическую обработку образцов, указанных в табл.1 марок чугунов, проводили в специально смонтированной экспериментальной установке, состоящей из следующих элементов:

• высокотемпературной печи типа С1110Л12,6/12-МЗ, оборудованной алундовой трубой для быстрого сбрасывания образцов в низкотемпературную печь для изотермической выдержки;

• низкотемпературной печи типа СШОЛ 12,6/12-МЗ с помещённой в рабочее пространство ванной с расплавом селитр (45%KHNOj + 55%NaHN03);

• баллона с аргоном с системой подачи его в рабочее пространство высокотемпературной печи для предотвращения обезуглероживания.

Заданную температуру поддерживали с помощью прибора ВРТ-3 с точностью до ± 5°С. Температуру в обоих печах определяли хромель-алюмелевыми термопарами, зачеканенными в образцы-свидетели, изготовленные из той же марки чугуна,

универсальным измерительным прибором Р-4833, включённым по мостовой схеме. Класс точности прибора 0,05. I

Микроструктуру исследованных сплавов изучали с помощью оптического микроскопа "Кеор!ю1-2Г'. Для выявления структуры исследованных чугунов, как в исходном литом, так и в тсрмообработанном состоянии, использовали стандартный травитель 5% раствор концентрированной ПЫО) в этиловом спирте, с последующей промывкой в струе проточной воды. Время травления подбирали индивидуально для каждого образца. Для образцов высокохромистого белого чугуна в ряде случаев использовали тепловое травление. Микроструктуру исследованных чугунов, после глубокого травления в 5% спиртовом растворе азотной кислоты, изучали также на растровом электронном микроскопе ^М-35. \

Определение количества фаз и структурных составляющих в исследованных чугунах проводили по методу А.А. Глаголева при увеличении 400 крат. Идентификацию фаз в исследованных чугунах осуществляли методом рентгеноструктурного ¡анализа на дифрактометре ДРОН ЗМ в железном излучении. Для определения параметра решётки непревращённого аустенита, тетрагональности решетки бейнитной |альфа-фазы, количества остаточного аустенита дифрактометричсскую съёмку проводили по трём взаимно перпендикулярным сторонам образца, причём каждую из сторон | записывали пять раз со скоростью (1/8)°/мнн. Параметр решётки непревращённого аустенита рассчитывали пв положению центра масс дифракционных максимумов (111), ¡(002), (113). Содержание углерода в непревращепном аустеннте рассчитывали, исходя из параметра решётки по уравнению (I):

Су = (ау- 3.555)/0.044 (1)

Степень тетрагональности решётки бейнитной альфа-фазы рассчитывали, исходя из положения расщеплённых дифракционных максимумов (011)а,(002)а. Содержание углерода в бейнитной альфа-фазе рассчитывали согласно выражению (2) :

с/а = 1+ 0.044*(%С) " (2)

Количество остаточного аустенита определяли из соотношения интегральных иитснсивностей линий (011)а и (111)у по формуле (3) :

Л/Л7Г р

%УУ = --^-* 100%: (3)

НЫ-Г

где %Уу~ объёмная доля иепрепращёнмого аустенита; ¡11К1г~ интегральная интенсивность линии (111)у; 1нк1.а - интегральная интенсивность линии (011)а;

Рцк1у - фактор повторяемости для линии (111 )у, 1'нш.п - фактор повторяемости для линии (011)а. Полученные результаты подвергали статистической обработке по стандартной методике. |

Критические точки исследованных чугунов при нагреве н охлаждении, кинетику превращения в бейнитной области температур изучали дилатометрическим методом, на приборе конструкции Института Черной металлургии1. Температурно-временные условия нагрева, охлаждения и выдержки регулировали аналоговыми программными регуляторами с помощью хромель-алюмелевых термопар. Результаты регистрировали на потенциометре КСП-4 и двухкоординатном потенциометре ПДП4-02. Полученные результаты, представленные в графической форме, являются средним значением трёх экспериментов. |

Механические свойства исследуемых высокопрочных чугунов при испытаниях на статическое растяжение определяли в соответствии с ГОСТ 1497-87 на стандартных образцах 5-ти кратной длины диаметром 10 мм на универсальной испытательной машине

' Евсюков М.Ф. Авторское свидетельство СССР №1275475 кл.С 01 25/16. Бюл. №6 198бг

типа "ЬЫгоп", при скорости нагружения 2мм/мин. Ударную вязкость высокопрочного чугуна определяли на образцах без надреза по ГОСТ 9454-78 на маятниковом копре МК-30 с максимальной энергией удара 294 Дж при комнатной температуре испытаний. Таблица 1.

Химический состав исследованных сплавов

№ сплава/ марка чугуна Содержание легирующих элементов, в % по массе

С 51 Мп N1 Си ме Сг р Мо № Т| V

1 / ВЧ-60 3.65 2.60 0,12 -- 0.58 0,05 ~ 0,015 0,035 0,20 - - -

2/ВЧ-80 3,2 2.37 0.21 0,59 0.62 0,04 0,09 0,13 - -

3 / КПХМНБ 3,48 1,05 0,35 3,50 ~ 0,04 0,12 0,020 0,49 0,35 0,23 - -

4/КШМНБ 3,67 0,90 0,45 4,50 0,03 0,05 0,46 0,020 0,46 0,69 0,27

5/ ИЧХ 12НМФТ 2,80 1,30 0,50 0,30 12,5 0,060 0,060 0,30, 0,35 0,25

Предел прочности на изгиб образцов половинчатых чугунов размером 10x10x55 мм определяли на универсальной машине ИР-10. Мнкротвёрдость структурных составляющих чугуна определяли с помощью прибора ПМТ-3 по ГОСТ 9450-76 при нагрузке 50 г и увеличении х485, как среднюю величину из 50 замеров.

ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ И ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ПРИ АУСТЕМПЕРИНГЕ ЧУГУНОВ С ШАРОВИДНЫМ

ГРАФИТОМ.

Аустенитизацию образцов из чугуна ВЧ-60 для металлографических исследовании проводили при 950 С в течение 1 часа в атмосфере проточного аргона. Температуру соляной ванны (КЫОз+КаМОз) варьировали в пределах 380-300°С, время выдержки составляло от 5 до 120мннуг.

Показано, что в процессе изотермической выдержки при всех исследованных температурах бенннтиос превращение начинается вокруг графитных кристаллов и развивается с течением времени за счет трансформации более удалённых объёмов аустеннта.

В процессе изотермической выдержки при 300°С альфа-фаза бейннта формируется также и по границам зереи аустсшп»

Бейнитные агрегаты, сформировавшиеся при 380 и 350(>С, состоят из "субячеек" линзообразной формы. При температуре 300°С формируется пластинчатый бейнит. Наличие мартенсита в структуре изотермически обработанных образцов зафиксировано не было.

Металлографический анализ показал, что бейнитное превращение реализуется при температуре 380 °С в течение 60 минут изотермической выдержки; при температурах 350 и 300 °С - в течение 20 минут выдержки. В дальнейшем характер микроструктуры не изменяется.:

После!изотермических выдержек, во всём исследованном температурно-временном интервале, в структуре зафиксированы небольшие участки остаточного аустенита, не затронутого превращением.

Анализ дифрактограмм образцов чугуна ВЧ-60, изотермически закалённых по режимам указанным выше, показал, что;

- на дифрактограммах имеется два максимума, соответствующих отражению от (002)у 20 = 64°. Первый, менее интенсивный максимум, соответствует аустениту, насыщенному углеродом в результате у=г>а превращения, а второй - участкам аустенита, не затронутым превращением, с концентрацией углерода близкой к исходной. Наличие в

структуре небольших участков аустснита, не затронутых превращением, подтверждается металлографическим анализом;

- зафиксировано расщепление пика, соответствующего отражению от (002)а (20 = 85°), что свидетельствует о некоторой степени тетрагональности решётки а-фазы;

- на днфрактограимах образцов, подвергнутых аустемпсрингу, присутствуют дополнительные максимумы, расположенные в угловых интервалах, соответствующих отражению от (002)а (20 = 81°) . Наличие этих максимумов может быть связано с присутствием в структуре небольшого количества мартенсита, либо с наследованием исходной неоднородности по углероду аустеннта (окодографнтные объёмы - периферия) при у=>а превращении в бейнитной области, или же с насыщением аустснита углеродом по мере развития бейнитной реакции и формированием альфа-фазы на более поздних стадиях превращения из аустснита с повышенной концентрацией углерода.

Отсутствие на дифрактограммах линий, присущих карбидным фазам, позволяет утверждать, что при варьировании температурно- временных параметров изотермической выдержки в исследованных пределах карбидная фаза в процессе бейннтного превращения не образуется.

Количественный рентгспоструктурный анализ проводили с целыо определения соотношения количества у /а фаз в структуре матрицы чугуна с шаровидным графитом после различных этапов изотермической выдержки в бейнитной области, параметра решётки остаточного аустенита, степени тетрагональности альфа-фазы, а также динамики изменения параметров решётки высокоуглсродистого и нпзкоуглеродистого аустешгга.

При всех температурах наиболее интенсивное насыщение аустснита углеродом происходит в течение первой стадии превращения, причём степень насыщения на первой стадии уменьшается с понижением температуры аустемперинга. Количество углерода, отводящегося из а-фазы в аустенит, после приостановки превращения, увеличивается с понижением температуры аустемперинга. Активное насыщение непревращённого аустенита углеродом на начальной стадии превращения при 380°С приводит к резкому замедлению развитая превращения при дальнейшей выдержке.

Для чугуна исследованного состава температура 350°С является температурной границей, разделяющей интервалы формирования «верхнего» и «нижнего» бейнита. В пользу этого свидетельствуют следующие экспериментально установленные факты:

•близкие значения насыщения непревращённого аустенита углеродом на начальной стадии превращения и количества непревращённого аустенита в структуре матрицы, сформировавшейся в температурном интервале 350-380°С;

•идентичные значения параметра тетрагональности и содержания углерода в альфа-фазе, сформировавшейся при 350-380°С.

Параметры решётки высоко- и нпзкоуглеродистого метастабильных твёрдых растворов на базе ГЦК железа возрастают с течением времени изотермической выдержки при всех реализованных температурах. Причём, параметр решётки высокоуглеродистого аустенита менее чувствителен к изменению температуры изотермической выдержки.

Изучение зависимости количества остаточного аустенита от временн изотермической выдержки показывает, что бейнитиое превращение прекращается при 380°С по достижению 60 минут (% Аост=25), при 350 и 300°С по достижению 20 минут (%Аост.=30 и % Аост =18, соответственно), что хорошо согласуется с результатами металлографического исследования.

Действующий в Украине ГОСТ 7293-85 не предусматривает марок высокопрочного чугуна с бейнитной структурой матрицы, в связи с чем в нём отсутствует регламентация свойств данных чугунов. D то же время в США разработан и введен в действие стандарт ASTM А897М-90 (metric), которым регламентируются следующие механические характеристики высокопрочного чугуна с бейнитной структурой матрицы (Табл.2).

Механические свойства модельного высокопрочного чугуна изучали после термической обработки по следующей схеме : аустенитизация при 950°С в течение 1 часа в атмосфере проточного аргона; затем образцы переносили в ванну для изотермической закалки с температурой 380°С и 300°С. Исходя из результатов металлографического и рентгеносгруктурного анализа предполагали, что оптимум механических свойств может быть достигнут в результате изотермической выдержки длительностью 45-60 минут при 380°С и выдержки длительностью 20-120 минут при 300°С.

Зависимости предела прочности на разрыв, предела текучести, относительного удлинения от времени изотермической выдержки при 380°С н 300°С являются экстремальными с максимумом, соответствующим 60 минутам и 40-60 минутам, соответственно. Ударная вязкость увеличивается с увеличением времени выдержки при всех реализованных температурах изотермической выдержки, максимальные значения достигаются после выдержек в течение 60-120 минут при 380°С и 100-120 минут при 300°С. Значения наилучших механических характеристик образцов со структурой "верхнего" и "нижнего" бешшта приведены в Табл.3.

Таблица 2

Механические свойства ADI1 по ASTM А897М-90 _

Марка Предел прочности, МПа Предел текучести, МПа Удлинение, % Ударная вязкость КС, Дж/см2 Твердость, НВ

1 2 3 4 5 6

Grade 1 S50 550 10 100 269-321

Grade 2 1050 700 7 80 302-363

Grade 3 1200 850 4 60 341-444

Grade 4 1400 1100 1 35 388-477

Grade 5 1600 1300 - - 444-555

Таблица 3.

Механические свойства высокопрочного чугуна со структурой _"верхнего" и "нижнего" беинита__

Температура аустемперинга (°С)/тнп матрицы Предел прочности Сто, МПа Предел текучести о 0.2, МПа Удлинение 5,% Ударная вязкость КС, Дж/смг

380 / "верхний" бенннт 1080 880 18 140

300! "нижний" бенннт 1480 1200 10.5 70

Указанное различие в свойствах определяется различием в структуре матрицы чугуна, обработанного при различных температурах. Количество остаточного аустенита меньше в случае "нижнего" беинита на 8-12%, при этом образовавшаяся альфа-фаза обладает повышенной степенью тстрагональности. Кроме того, структура в целом, как свидетельствуют данные рентгенографического исследования, характеризуется повышенным уровнем внутренних напряжений и, согласно данным металлографического анализа, значительно более дисперсным строением .

Сопоставление данных, приведенных в таблицах 2 и 3, показывает, что термическая обработка модельного высокопрочного чугуна, по описанным выше режимам, близкого по химическому составу к стандартизованным в Украине ВЧ60 и ВЧ80 (ГОСТ 7293-85), позволяет достичь уровня свойств, соответствующего стандарту ASTM А897М-90. При этом чугун, подвергнутый аустемперингу при 380°С в течение 60 минут, соответствует Grade 2 н Grade 3 (ASTM А897М-90) по прочностным свойствам, но значительно превосходит их по величинам относительного удлинения и ударной

1 ADI (Auslcnipcrcd Duclilc Iron) общепринятая в англоязычной литературе абррсвиатура. соответствующая в

русском переводе "высокопрочный ч\гун н югерчнческн чакаленный на бенннт".

вязкости. Чугун, подвергнутый аустемперннгу прн 300"С, превосходит Grade 4 (ASTM А897М-90) по прочностным свойствам и величинам относительного удлинения и ударной вязкости (Табл. 2 и 3). Однако, ориентация на уровень механических свойств, особенно пластичности и вязкости, достигаемый в лабораторных условиях не является достаточно корректной, поскольку эти результаты получены при точном соблюдении всех параметров термической обработки с одной стороны, а с другой стороны не учитывают геометрии и размерного фактора конкретного изделия. В то же время, полученные результаты свидетельствуют, что аустемперииг высокопрочного чугуна близкого по составу к ВЧ-60, ВЧ-80 (ГОСТ 7293-85) обеспечивает получение свойств, соответствующих стандарту на бейнитные чугуны с шаровидным графитом ASTM А897М-90.

Высокопрочные чугуны обладают не высокой сквозной прокаливасмостыо. Критический диаметр составляет 50-I00 мм. В этой связи в крупногабаритных изделиях можно ожидать формирования перлита и феррита в процессе перемещения изделия из аустеннтпзацнонной камеры в ванну для изотермической выдержки. Поскольку характер влияния количества феррнто-перлптных составляющих структуры на механические свойства исследованных чугунов с. бейпитной матрицей не известен, был реализован специальный эксперимент, позволяющий формировать структуру металлической матрицы чугуна с различными соотношениями феррито-перлитиых и бейннтных структурных составляющих.

Для достижения различного соотношения структурных составляющих в матрице чугуна термическую обработку осуществляли следующим образом:

1. аустенитизация образцов при 950°С в течение I часа в атмосфере проточного аргона;

2. перенос в солевую ванну с температурой 650°С и выдержка в течение 10 - 120 секунд;

3. перенос в солевую ванну с температурами 380°С и 300°С с последующей выдержкой в течение 60 минут для разрывных и ударных образцов.

4. охлаждение на воздухе до комнатной температуры.

Изучение влияния количества феррита и перлита на механические свойства чугуна ВЧ-60 показало, что появление продуктов диффузионных превращений приводит к снижению всех изученных механических характеристик материала, по сравнению с высокопрочным чугуном с бейнитной структурой матрицы. Однако, если количество эвтектоидной составляющей не превышает 60% объёма матрицы, показатели прочности и пластичности выше, чем при чисто перлитной структуре матрицы чугуна. Показатели прочности выше при наличии "нижнего" бейнита в структуре матрицы, а характеристики вязкости и пластичности - при наличии "верхнего" бейнита. Ударная вязкость может быть повышена даже при небольшой, около 10%, объемной доле бейнита, при этом наличие "верхнего" бейнита способствует более высоким (- в 1.5 раза) значениям ударной вязкости.

Температуры фазовых превращений при нагреве и охлаждении, кинетику превращения переохлаждённого аустенпта чугуна ВЧ-80 в изотермических условиях изучали дилатометрическим методом. Установлено, что:

• интервал Ао соответствует 735-825°С, температура начала мартенситного превращения соответствует 1 75°С, нагрев образцов, как с исходной феррито-перлитной структурой, так и с мартенситной структурой, сопровождается процессом графитизацни. Однако, в случае мартенситной структуры графитизация продуктов её распада начинается прн меньших температурах;

• на изотермической диаграмме распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области чётко разделяются два интервала, соответствующие формированию "верхнего" (500-400°С) и "нижнего" (400-250°С) бейнита, причём морфология бейнита резко изменяется при переходе через температуру

'400 С: выше этой температуры морфология бейнита перистая, ннже-пластиноподобная;

• прп температуре 450°С после изотермической выдержки в течение 3000 сек. начинается выделение карбида. При остальных температурах этот процесс зафиксирован не был;

• структура, сформировавшаяся в изотермических условиях, характеризуется значительной термической стабильностью, о чём свидетельствует отсутствие фазовых превращений при охлаждении от температуры изотермы до комнатной. Образцы чугуна ВЧ-80 после дилатометрических экспериментов изучали

рентгенографическим методом. Установлено, что:

• тстрагональность решётки а-фазы уменьшается линейно от 1.018 до 1.011 с увеличением температуры от 250 до 400ПС , в интервале температур 450...500°С - остаётся постоянной (1.009);

• объёмная доля остаточного аустенита уменьшается от 33% до 18% с понижением температуры в интервале 400-250°С;

• в структуре присутствуют два аустенита, отличающихся по параметру решётки и содержанию углерода. Параметр решётки (содержание углерода) низко- и высокоуглеродпстого аустенита уменьшается с увеличением температуры;

• бейнитная реакция останавливается в тот момент, когда содержание углерода в непревращенном (низкоуглеродистом) аустеннте достигает определенного значения, причём это значение увеличивается от 1.6% до 18% масс, с понижением температуры в интервале 400-250°С.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ БЕЙНИТНОГО ПРЕВРАЩЕНИЯ В ЧУГУНАХ С КАРБИДНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ.

Исследования структуры валов из чугунов КШМНБ и КПХМНБ (табл.1) показывают, что в поверхностном слое при кристаллизации последовательно формируются аустенито-графитная эвтектика по абнормальному механизму, а, затем, эвтектика аустенит - карбид железа до механизму раздельной кристаллизации, так называемая структура грубого конгломерата фаз. Структура металлической основы изменяется в соответствии с вариациями содержания легирующих элементов двух указанных составов. В чугуне состава 4 (табл.1.) металлическая матрица представляет собой бейннтную структуру. Снижение содержания никеля и молибдена (состав 3, табл. 1) обусловливает доминирование в объёме матрицы чугуна КПХМНБ в литом состоянии перл!гтной составляющей . Отличия структурного состояния обусловливают снижение предела прочности на изгиб в исходном литом состоянии (чугун КПХМНБ состава №3, Табл.1) в 1.25-1.7 раза (300-480 МПа против 500-600 МПа), в зависимости от места отбора образцов, по сравнению с валом из чугуна КШМНБ. Очевидно, что экономнолегнрованнын чугун КПХМНБ обладает худшим комплексом структурных и механических характеристик и, соответственно, требуется проведение термической обработки для их улучшения. Для изучения возможности управления твердофазными переходами проводили термическую обработку, включающую : аустенитизацию образцов в атмосфере проточного аргона при 1000°С в течение двух часов; аустемперинг при 250 и 400°С в расплаве селитр. Охлаждение образцов после изотермических выдержек проводили в воде.

Металлографический анализ изотермически закалённых образцов показал, что бейнитное превращение в экономнолегнрованном половинчатом чугуне КПХМНБ начинается у кристаллов графита и с течением времени развивается за счёт трансформации удалённых от графитных кристаллов объёмов аустенита Морфология бейнита в верхнем температурном интервале - пластинчатая, в нижнем-лпнзообразная.

Изучение зависимости предела прочности ira изгиб и микротвёрдости матрицы от режима термической обработки показывает, что предел прочности на изгиб образцов

чугуна КПХМНБ варьируется в пределах 504-598 МПа, по сравнению с 0|ппп;л= 602 М11а на образцах из чугуна КШМНБ, а микротвердость металлической матрицы составляет 361-580 Ну по сравнению с 425.5 Ну на образцах из чугуна КШМНБ. Очевидно, что изотермическая закалка на бсннит экономнолегнрованного половинчатого чугуна КПХМНБ позволяет обеспечить уровень свойств более высокий, чем достигаемый в более легированном материале в литом состоянии.

Температуры фазовых превращений при нагреве и охлаждении, кинетику превращения переохлаждённого аустеннта чугуна КПХМНБ в изотермических условия* изучали дилатометрическим методом. Установлено, что:

• интервал температур аустснитизацин экономнолегнрованного чугуна КПХМНБ составляет 705-785°С; температура начала мартенситного превращения понижается от 175 °С до 145°С, с увеличением температуры аустенитизации от 850°С до 950"С;

• интервалы фазовых и структурных превращений при нагреве закалённой на мартенсит структуры не зависят от температуры аустенитизации;

• на диаграмме изотермического распада аустеннта половинчатого чугуна КПХМНБ кривая начала превращения характеризуется одним максимумом скорости превращения, в то время как кривая, описывающая остановку превращения, состоит из двух С-образных кривых. Повышение температуры аустенитизации не влияет на положение температурного интервала бейнитного превращения но приводит к увеличению инкубационного периода и замедлению развития превращения в изотермических условиях, что связано с увеличением насыщения аустеннта углеродом.и легирующими элементами,

• структура, сформировавшаяся в изотермических условиях, обладает высокой устойчивостью, о чём свидетельствует отсутствие мартенситного превращения при охлаждении от температуры изотермы после завершения бейнитного превращения до комнатной температуры;

• повышение температуры аустенитизации не влияет на положение температурного интервала бейнитного превращения в чугуне КПХМНБ, но приводит к увеличению инкубационного периода и замедлению развития превращения в изотермических условиях.

Исследование исходной литой структуры чугуна ИЧХ12НМФТ - проводили металографическим и рентгенографическим методами. По содержанию углерода исследованный чугун ИЧХ12НМФТ относится к доэвтектнчеекпм сплавам и его кристаллизация начинается с выделения первичного аустеннта. Первичный луенчнп выделяется в виде слаборазветплснных дендритов Дальнейшая кристаллизация происходит с реализацией эвтектического превращения Поперечное сечение эвтектической колонии, в плоскости шлифа, представляет собой розетку, состоящую из центрального и веерообразно расходящихся ветвей карбидного кристалла 13 междуветвнях карбида кристаллизуется аустеннт. Продольное сечение колонии представляет собой параллельные или расходящиеся под небольшим углом перемежающиеся пластины карбида и продуктов распада аустеннта . Между соседними пластинами карбида образуются перемычки. Анализ микроструктур чугуна в исходном литом состоянии показывает, что эвтектический карбидный кристалл растёт из одного центра, в процессе роста он разветвляется. В результате эвтектический карбид приобретает скелетное строение. Морфологические особенности строения эвтектики позволяют классифицировать её как эвтектику аустеннт - карбид (Сг.РсЬС:

Рентгенографический анализ образцов чугуна ИЧХ 12НМФТ в исходном литом состоянии выявил наличие рефлексов, принадлежащих аустеннтной фазе, мартенситу (тетрагональной альфа-фазе), карбиду типа (Сг.РеЬС}. Расчёт параметра тетрагональное ш мартенсита по линиям (211) и (002) показывает, что отношение с/а в данном случае составляет 1.02. Это значение соответствует содержанию углерода 0,45% по массе.

Интервалы фазовых н структурных превращений прн нагреве и охлаждении, кинетику превращения переохлажденного аустенита в промежуточной области температур исследовали дилатометрическим методом. Установлено, что :

• интервал Ас, составляет 800-855°С, интервал АГ| - 720-660°С, температура начала мартенептного превращения Ми после закалки от 1050°С - 165"С. Интервал температур беинитного превращения в чугуне ИЧХ 12НМФТ составляет 380-180°С. Переохлажденный аустенит обладает высокой устойчивостью в данном температурном интервале. Минимальная устойчивость переохлажденного аустенита наблюдается прн 300"С, инкубационный период превращения составляет 5040 секунд при этой температуре,

• изотермические выдержки чугуна ИЧХ 12НМФТ в интервале температур 500"С - Мн изменяют положение точки Мн: выдержка при 500°С способствует повышению Мн на 15°С, по сравнению с закалкой от 1050ПС. Выдержки прн меньших температурах обусловливают снижение Мн, причём наиболее сильно это влияние проявляется после выдержки в температурном интервале беинитного превращения;

• бейнитное превращение в чугуне ИЧХ 12НМФТ на начальной стадии реализуется в первую очередь с участием мест преимущественного зарождения : границ раздела аустенит/эвтектическнй карбид, аустенит/вторпчный карбид, границ зёрен исходного аустенита. Морфология продуктов беинитного превращения не изменяется при изменении температуры изотермической выдержки;

• на основе изучения закономерностей сгруктурообразования, кинетики промежуточного превращения в чугуне ИЧХ 12НМФТ разработаны оптимальные режимы изотермической закалки на бейнит для лопаток дробемётных аппаратов и плит бронезашпты. . Эти режимы включали аустенитизацию при Ю50°С (время выдержки 1.5часа) и изотермическую выдержку в течение 6 часов при температурах 250°С и 300°С Опытно-промышленное опробование в условиях ПО"ЮМЗ" показало, что предложенные режимы изотермической закалки позволяют увеличить срок службы изделий в 1.5...2.0 раза.

ОБСУЖДЕНИЕ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ.

С учётом известных литературных данных проведен анализ особенностей морфологии бейнитных агрегатов и кинетики превращения в верхнем и нижнем интервалах бейнитной области в исследованных чугунах. Различная морфология "верхнего" и "нижнего" бейнита и особенности изотермических диаграмм превращения переохлаждённого аустенита в бейнитной области температур в изученных чугунах обусловлены, по-видимому, различиями в механизме превращения в "верхнем" и "нижнем" температурных интервалах бейнитной области. Это различие состоит, по-видимому, в реализации различных кристаллографических систем сдвига при у=>а превращении в верхнем и нижнем температурных интервалах бейнитной области температур.

Экспериментально устновленный в настоящей работе факт образования в высокопрочных чугунах двух аустенитов с различным параметром решётки ..теоретически предсказанный В11ас1е5Ыа' для сталей легированных кремнием, позволяет предположить, что бешштная реакция развивается до тех пор, пока концентрация углерода в непре-вращённом аустените не достигнет определённой, зависящей от температуры превращения, величины. Очевидно, эта концентрация соответствует тому моменту, когда свободные энергии аустенита и альфа-фазы становятся равны и, соответственно, термодинамическая движущая сила превращения становится равной нулю.

Сопоставление кинетических закономерностей формирования бейнита в изученных чутунах показывает, что вследствие высокого содержания хрома в чугуне ИЧХ12НМФТ, с одной стороны увеличивается инкубационный период превращения, а с другой, температурный интервал, соответствующий образованию "верхнего" бейнита "выклинивается".

1 Исс* 0 1. |ЯЫс$Ыа 11.К.0.П. Ват11е ТгапзГопппиоп К1пс1кя: РагЧ 2 -Моп-ишГопп О^тЬшюп оГСагЬоп // Ма(спа1з Якпл-ит) Т«:Нпо|о£у. l992-v.8-p.9W

1л

Такое влияние хрома связано, вероятно, с тем, что хром повышает энергию упругом деформации, накапливающуюся в системе в процессе бейнитного превращения

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ

1. Закономерности формирования структуры и кинетика бейнитного превращения в сталях детально изучены и хорошо описаны в фундаментальной литературе. В то же время кинетика бейнитного превращения в чугупах с шаровидным графитом изучена не достаточно. Данные о формировании бейнита в половинчатых и белых высоколегированных чугунах практически отсутствуют.

2. В настоящей работе металлографически изучены закономерности структурообразования в бейнитион области температур в высокопрочных (ВЧ-60 и ВЧ-80), экономнолегированном половинчатом (КПХМНБ) и высокохромистом белом ИЧХ 12НМФТ чугунах Показано:

• в начальный момент превращения а-фаза бейнита образуется на имеющихся межфазных поверхностях раздела аустснит/графит в высокопрочном и половинчатом чугупах, аустснит/карбид » белом пмсокохромнстом чугуне, а также на границах терем исходного аустеннта в высокопрочном и белом высокохромистом чугунах Дальнейшее развитие превращения происходит за счёт трансформации объёмов аустенита, не связанных с поверхностями раздела;

• в изученных в'ысокопрочных и половинчатом чугунах температурная граница, разделяющая интервалы формирования "верхнего" и "нижнего" бейнита, находится в интервале 350-400°С,

3. Ренгенографическн показано, что в высокопрочных чугунах ВЧ-60 к ВЧ-80 "

• в структуре матрицы присутствуют два метастабнлыгых твёрдых раствора на базе ГЦК железа, резко различающихся по параметру кристаллической решётки - Параметры решётки высоко- и ннзкоуглеродистого метастабнльных твёрдых растворов на базе ГЦК железа возрастают с течением времени изотермической выдержки при всех реализованных температурах. Причем, .параметр решётки высокоуглеролистого аустенита менее чувствителен к изменению температуры изотермическом выдержки Параметр решётки (содержание углерода) низко- и высокоуглеролистого аустенита уменьшается с повышением температуры;

• при всех температурах наиболее интенсивное насыщение аустенита углеродом происходит в течение первой стадии превращения, причём степень насыщения уменьшается с понижением температуры аустемперинга Количество углерода, отводящегося из а-фазы в аустсниг в рамках «временного окна», увеличивается с понижением температуры аустемперинга. Активное насыщение непреврашенного аустенита углеродом на начальной стадии превращения при 380°С приводит к резкому замедлению развития превращения при дальнейшей выдержке Бейнитная реакция останавливается в тот момент, когда содержание углерода в непревращенном (ннзкоуглероднетом) аустснмтс достигает определённого значения, которое увеличивается с понижением температуры;

• а-фаза бейнита является тетрагональной, причем степень тстрагоналынктн увеличивается со снижением температуры превращения.

• объёмная доля остаточного аустенита, сохраняющегося в матрице высокопрочных чугунов после остановки бейнитного превращения, уменьшается с понижением температуры;

4. Дилатометрическим методом определены интервалы фазовых и структурных превращений в изученных чугунах при нагреве и охлаждении. Установлено, что:

• для чугуна ВЧ-80 интервал Ао соответствует 735-825 С, температура начала мартенситного превращения соответствует 175°С. Нагрев образцов, как с исходной феррито-перлптной структурой, так и с мартенентной структурой, сопровождается процессом графитизации. Однако, в случае мартенентной структуры графмтизаиня продуктов её распада начинается при более низких температурах.

• интервал температур ЛС| экономиолегироваииого половинчатого чугуна КПХМНБ составляет 705-785"С, при повышении температуры аустенитнзации от 850"С до 950°С, температура начала мартенситного превращения в экономнолегированном половинчатом чугуне снижается от 175°С до 150 °С; интервалы фазовых и струюурных превращений при нагреве экономнолегированного половинчатого чугуна КПХМНБ с мартенептной матрицей, не зависят от температуры аустснитнзатш;

• для чхтуна ПЧ\ 12ПМФТ интервал Aci составляет 800-855°С, интервал Ar, - 720-(>оО'С. температура начала мартенситного превращения Мн после закалки от 1050"С -1(>5"С.

5 Дилатометрическим методом изучена кинетика превращения переохлаждённого аустеннта исследованных чугунов в бейнитной области температур и построены диаграммы распада аустеннта в изотермических условиях. Установлено:

• интервал бейннтного превращения составляет 500-200°С в чугуне ВЧ-80, кинетика образования "верхнего" и "нижнего" бейнита описывается самостоятельными Сообразными кривыми ( нмссгся два максимума скорости превращения в верхнем и нижнем температурном интервале), которые перекрываются в области температур 400-3S0"C.

• на диаграмме изотермического распада аустеннта половинчатого чугуна КПХМНБ крипля начала превращения характеризуется одним максимумом скорости превращения, п то прсмя как кривая, описывающая остановку превращения, состоит из двух С-образных кривых Повышение температуры аустенитнзации не влияет на положение температурного интервала бейннтного превращения (500-200"С), но приводит к увеличению инкубационного периода и замедлению развития превращения в изотермических условиях, что связано с увеличением насыщения аустеннта углеродом и легирующими элементами; ■

• бсГпштная структура чугунов ВЧ-80 и КПХМНБ, сформировавшаяся в изотермических условиях, характеризуется значительной термической стабильностью, о чём свидетельствует отсутствие фазовых превращений при охлаждении от температуры изотермы до комнатной температуры,

• интервал температур бейннтного превращения в чугуне ИЧХ 12НМФТ составляет 3S0-180"С. Переохлажденный аустенит обладает высокой устойчивостью в данном

_ ^температурном интервале. Минимальная устойчивость переохлаждённого аустеннта наблюдается при 300"С, инкубационный период превращения составляет 5040 секунд при этой температуре. Изотермические выдержки чугуна ИЧХ 12НМФТ в интервале температур 500"С - Мн изменяют положение точки Мн: выдержка при 500°С способствует повышению Мн на 15°С, по сравнению с закалкой от 1050°С. Выдержки при меньших температурах обусловливают снижение Мн, причём наиболее сильно это влияние проявляется после выдержки в температурном интервале бейннтного превращения

О IIa основе выполненного комплекса исследований разработаны режимы термического упрочнения методом изотермической закалки на беннит.

• разработанные режимы термической обработки для высокопрочного чугуна типа ВЧ-60 по ГОСТ 7293-85 позволяют достичь уровня свойств, соответствующего стандарту ASTM AS97M-90 в случае формирования структуры "верхнего" или "нижнего" бейнита: о„=1200 1400 МПа, сг„ 2= 1000 ... 1200 МПа, 6 =10-18%; КС = 70-140 Дж/см2,

• при смешанной перлито-бейнитной структуре матрицы чугуна типа ВЧ-60 показатели прочности и пластичности увеличиваются, как при формировании "верхнего", так и "нижнего" бейнита. по сравнению с чугуном ВЧ-60 с перлитной структурой матрицы, если количество эвтектоидной составляющей не превышает 60% объема матрицы.Ударная вязкость увеличивается даже при небольшой, около 10%, объёмной доле бейнита. при этом наличие "верхнего" бейнита повышает ударную вязкость в ~ 15 раза, в сравнении с "нижним" бейннтом;

• изотермическая закалка ма бепнит экономполс! ированного половинчатого чугуна КПХМНБ обеспечивает уровень свойств выше, чем в высоколегированном чугуне КШМНБ в литом состоянии, что открывает дополнительную возможность уменьшения содержания дефицитных и дорогостоящих легирующих элементов (Ni и Мо) в I 5. 2 0 раза,

• опытно-промышленное опробование в условиях ПО'ЧОМЗ" показало, что ta счет применения разработанных оптимальных режимов изотермической закалки на бенннг для лопаток дробеметны.х аппаратов п плит бронезащиты, изготовленных нз чугуна ИЧХ 12НМФТ срок службы изделии увеличивается п 1.5 . 2 0 раза

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ

1. Тагап Yu.N., Uzlov К.I., Kulsov A.Yu. Kinetics ol Bainite Reaction in Cast Irons// Inzeneria Matenaiowa (Engineering materials) -1998-3(103)- pp. 245-248.

2. Taran Yu.N., Uzlov K.I., Kutsov A.Yu. The Bainite Reaction Kinetics in Austempered Ductile Iron// Journal de physique IV- 1997-Vol.7-C5-p.429-435.

S. Таран Ю.Н., Узлов К.И., Куцов А.Ю., Криммель А Г. Исследование бейнигной реакции в чугуне

с шаровидным графитом// Металлофизика и новейшие технологии.-1997-т.19-№11 -с 43-52. •I. Таран Ю.Н., Узлов К.И., Куцов А.Ю Современные представления о кинетике бейнитного превращения матрицы чугунов с шаровидным графитом// Металлофизика и новейшие технологии -1997-T.19-Ns12.-c.3-15.

5. Таран Ю Н.. Узлов К.И., Куцов А.Ю. Общие закономерности и специфические особенности сдвиговой и сдвигово-диффузионной перекристаллизации в железо-углеродистых спла-вах//Теория и практика метаплургии-1997-№2.-с.40-45. (>. Таран Ю.Н., Узлов К.И., Куцов А.Ю, Лобачевский Е О. Исследование кинетики бейнитой реакции в чугунах // Металлофизика и новейшие технологии.-1996-т.18-№2.-с.52-61 7. Таран Ю.М., Узлов K.I., Куцов А.Ю Сучасш уявлення про «¡нетику бейштного перетворенняя

матриц! чавун1в з кулястим граф|том//Метапознавство та обробкэ метапт.-1996-№3.-с.З-1 S X. Taran Yu.N., Uzlov К.I., Kutsov A.Yu. Teoretyczne i praktyczne aspekly hartowania z przemiann

izotermiczna zeliwa sferoidalnego.//Krakow. Poland: Inslilul Odlewnictwa-1996-p.1-23 9. Taran Yu.N., Uzlov K.I., Kulsov A.Yu. The bainite reaction kinetics in austemperd ductile iron// IV European Simposium on martensitic transformations-Enschede. The Netherlands. University of Twente, 1997-р.Ш.

К). Узпов К.И., Куцов А.Ю, Криммель А.Г. Закономерности формирования структуры бепого высокохромистого чугуна в бейнитной области температур//Метапповедение и обработка металлов -Киев: Общество "Знание"- 1996-C.35-36.

11. Яременко А.Ф., Узлов К Н., Красников С.Г., Лобачевский Е.О., Куцов А.Ю. Оптимизация параметров аустемперинга высокохромистого белого чугуна// Материалы для строительства, ICMB'93.- Днепропетровск:ДИСИ-1993 г.-с.94-95.

12. Куцов А.Ю. Исспедование закономерностей формирования структуры и свойств чугуна ИЧХ12НМФТ при изотермической закате// Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов- Донецк-1995г.-с73..

13. Узпов К.И., Куцов А.Ю. Лобачевский Е.О. Исследование кинетики фазовой перекристаллизации аустенитной матрицы чугунов в промежуточной области// Актуальные вопросы диффузии, фазовых и структурных превращений в еппапах - Сокирне-1995 г -с 78-79

14. Узлов К.И., Куцов А Ю.БЧШГ-персгтекгивнь'й материал для зубчатых колес приводов машин п оборудования // Качество и долговечность зубчатых передач и редукторов - Харьков-1995 г -с.90.

Анотащя

Куцов А.Ю. Дослгдження закоиоинриостсн струкпроутворення. кшетнки бейштного перетворення в чавун^х и розробка засоб1в пщвищення експлуатацшнпх властнвостен -Рукопис

Дисертащя на здобуття паукового ступеня кандидата техшчннх наук за спешадьшстю 05.16.01 - Металознавство та термгчна обробка металгв - Державна мсталурпйна академтя У кражи. Дшпропетровськ, 1498.

В робот! показано, що вцшовишо до загальнпх закономерностей фазовнх перетворень в твердому станг, 6ейн1т формуеться по генуючнх поверхнях роздтлу фаз та лустсжтних терен Встановлено, що в структур! натрии! внеокомщних члвунгв ВЧ-60 та B4-S0 npitciTw два ayCTeHÍTTi, uro вшргзняються за параметром граткн та bmíctom вуглеию Розвнток бейштного перетворення контролюеться дпфузгею вуглеию Дослгджено кгнстик-y бейнгтного перетворення та побудовано дглгрлми погерммшого розпаду лсреохолодженого лустснпл1 в óoíhithmí oöt.icti

If.

температур Для кожного впвченого типу чавушв встановлено температурний штервал переходу вы "перхнього" до "нижнього" бсишту. На т'дстав1 провсдсних досшджень розроблено та иипробувано в промнелових умовах режими потермпного гартування на бсГппт, що дозволяють по.тшшпти комплекс мехатчннх та експлуатацшних властивостей вироб|в з внвчених чавужв.

К'лючов! слова беЛжт, кжетнка, чавун, ¡зотеркпчне гартування, властивосл

Abstract

Kutsov A.Yii. Investigation of structure formation, kinetics of bainite transformation in cast irons and generation of the methods of exploitational properties improvement. - Manuscript.

Thesis for the competition of a candidate degree (technical scicnce) by speciality 05.16.01 - Physical metallurgy and lieat treatment of metals - State Metallurgical Acadcmy of Ukraine, Dnepropetrovsk, 1998.

In the present work it has been shown that in accordance with general regularities of solid state phase transformations the bainitic sheaves form heterogeneously on the existed phase and grain boundaries.lt has been discovered that there arc two austenites, with different lattice parameters and carbon contents, in bainitic matrix of ВЧ-60, ВЧ-80 ductile irons The observation of bainite transition shows that transformation progress was controlled by carbon diffusion The kiiictics of bainite transformation in ductilc, mottled and «lute cast irons was investigated and I I I diagrams of austcnite transformation were plotted.. For each studied cast iron the temperature interval of transition from upper to lower bainite has been determined On the base of performed investigations austcmpcring parameters, which provide better mechanical and service properties of the studied cast irons, were generated and tried out in industrial conditions.

Kc>xvords: bainite, kinetics, austempering, cast iron, properties.

Аннотация

Куцов А.Ю Исследование закономерностей структурообразования, кинетики бейнитного превращения в чугунах и разработка способов улучшения эксплуатационных свойств.-Рукопись.

Диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук по специальности 0> 16 01 - Металловедение и термическая обработка металлов. - Государственная металлургическая академия Украины, Днепропетровск, 199S.

В настоящей работе показано, что в соответствии с общими закономерностями фазовых превращений в твёрдом состоянии, бейннт образуется на имеющихся межфазных и межзёренных границах раиела Обнаружено, что в структуре матрицы высокопрочных чугунов присутствуют два avcremira. отличающихся по параметру решётки н содержанию углерода. Развитие бейнитного превращения контролируется диффузией углерода. Исследована кинетика бейннтного превращения и построены изотермические диаграммы распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области температур. Для каждого изученного чугуна установлен температурный интервал перехода.от "верхнего" к "нижнему" бейниту. На основе выполненного комплекса исследований разработаны и опробованы в опытно-промышленных условиях режимы изотермической закалки на беннит, позволяющие улучшить комплекс механических и эксплуатационных свойст изделии из чугунов.

Ключевые слова бейннт, кинетика, изотермическая закалка, чугун, свойства.