автореферат диссертации по металлургии, 05.16.04, диссертация на тему:Разработка и внедрение коррозионностойкого , маломагнитного аустенитного чугуна для отливок деталей электрических машин

и* 3I ■

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ВЕЧЕРНИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

ЕВКО Владимир Михайлович

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ КОРРОЗИОННОСТОИКОГО, МАЛОМАГНИТНОГО АУСТЕНИТНОГО ЧУГУНА ДЛЯ ОТЛИВОК ДЕТАЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Специальность 05.16.04 — Литейное производство

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук в форме научного доклада

Москва — 1992

Работа выполнена на Новокаховском электромашиностроительном заводе.

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор В. М. ЧУРСИН

кандидат технических наук А. А. ШЕЙКО

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Л. Я. КОЗЛОВ

кандидат технических наук А. В. ОСТРОВЕРХОВ

Ведущая организация — Чугунолитейный завод «Станко-лит».

Защита состоится « » ¿¿¿¿Ь&Р 1992 г. в часов на заседании специализированного совета К 063.07.01 при Московском вечернем металлургическом институте по адресу: 111250, Москва, Лефортовский вал, 26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Диссертация в форме научного доклада разослана

« -/» СН-сИ^ 1992 г-

Ученый секретарь специализ нрованного совета кандидат технических наук,

доцент С. С. ВАСИЛЬЕВА

Общая характеристика'работы

Актуальность проблемы. Широко используемые в ряде отраслей ародиого хозяйства электрические машин, при вксокоВ их кадея-осги и долговечности, должны облагать коррозионной стойкостью, алонушостьга, ударостойкостью при нагрузках 15 ... 50^ и др. войствами.

Эта свойства в основном обеспечиваются материалами, прт-сте-нмв для изготовления корпусных деталей электромашин (станин,под-зпниковых щитов, кршек, коробок выводоа и др.).Для этих целей ри изготовлении ряда специальных электрических машин применяются настоящее время нержавеющие стали аустешшюго класса, а также змагнитные чугуны.

Аустенитнне стала, в частности сталь 12П8Н10Т, помимо высо-эй коррозионной стойности в агрессивных средах, хладостойкости, 5ладают высоким! прочностными и пластическими характеристика™.

Однако недостаточно высокие виброакустические свойства,отно-зтельно невысокая теплопроводность, склонность к йреттпнгкорро-т применяемых сталей не позволяет достичь требуемого уровня экс-туатационннх свойств специальных электрических машин и электро-5срудования. Изготовление'литых деталей из стали отличается вис -

трудоемкостью н металлоемкостью, низкими экономическими локаут елями.

Высоколегированные аустештше чугуш не могут быть применены ы изготовления оболочек спецэлектродвигателей из-за низкой кор-эзионной стойкости данных сплавов в особо агрессивных средах и здостаточного уровня ряда физико-механических свойств.

Ввиду того, что к материалу деталей взрнвозащищенннх оболочек тектродвигателей предъявляются повышенные требования по фиэико-зханич'еским, технологическим и эксплуатационным характеристикам, { должен приближаться по механическим свойствам к нержавеющим ста-ш, но обладать.лучшими теплофазическимз, выброгасящими характе-юмваыи, иметь удовлетворительные литейные свойства.

Целью работы является разработка и внедрение коррозионно-х>йкого аустенитного высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, Задающим высоким уровнем физико-механических, технологических юйств и технологии его производства для отливок деталей спещ:аль-пс электрических машин.

Для достижения датой цели решены следующие задачи:

- исследовано атшяние химического состава и структуры аустенят-ного высокопрочного чугуна на его коррозионную стойкость в ашле, гептиле, морской воде;

- исследовано влияние газораспределения кремния, никеля, марганца, кобальта на структуру и свойства аустештного чугуна с шаровидным графитом;

- исследовано влияние модифицирования, термической обработки, металлургических переделов на механические свойства аустенитнсго высокопрочного чугуна;

- исследовано влияние химического состава и структурных составляющих на теплопроводность и виброакустические свойства аустенитного высокопрочного чугуна;

- определен оятшальный состав коррозионностойкого нештатного высокопрочного чугуна, разработан н внедрен ¡технологический процесс неученая из него тонкостенных отливок для деталей электромашин.

Научная новизна: .

- на основании системного подхода выбран химсостав чугуна, ощ ¡елено раздельное и совместное влияние;- основных легирувщих элементов (никеля, марганца, кремния, меди, кобальта) л модифицирования на специальные свойства аустенитного высокопрочного чугуна;

-сформулированы основные требования к структуре чугуна,учитывающие особенности коррозионных процессов, протекающих на поверхности отливки в контакте с амилоы, гептилом, морской водой;

- установлено влияние различных структурных составляющих металлической основы и ликввдацаи основных легирующих элементов на скорость коррозии чугуна в агрессивных средах;

- определен оптимальный химический в фазовый состав аустенитт ного высокопрочного чугуна, обладающего повышенными механическими вибрсакустическит свойствами, повышенной теплопроводность!);

- обосновано использование рада металлургических факторов, способствующих получению ударостойкого высокопластичного аустенитного чугуна с шаровидным графитом;

- предложен и освоен способ, пнтеневфицарукщий процесс модифицирования чугуна в ковше комплексными модификатора!®;

- разработан и освоен технологический процесс получения тонко-

стенных отливок из коррозионностойкого аустенитного высокопрочного ■чугуна для деталей электромашин;

- разработан немагнитный коррозионносгошшй высокопрочный чугун для литых корпусных деталей электромашин, эксплуатирующихся в особо агрессивных средах.

Практическая значимость "работы.В результате проведенных исследований и установленных закономерностей, разработан состав немагнитного коррозионностоЕкого высокопрочного чугуна и технологический процесс получения из него тонкостенных отливок для корпусных деталей электромашин. Разработаны и введены в действие технические условия на отливки из немагнитного коррознонностойкого высокопрочного чугуна.

Реализация в тгромншденности. Разработанный технологический процесс получения отливок .из немагнитного коррозионностойкого высокопрочного чугуна для деталей электромашин используется на ПО "Южэлектромаш" с экономическим эффектом 285 гас. руб. в год.

На зашту выносятся: - полученные' в результате исследований пределы концентраций легирующих элементов', опредейивдах оптимальную структуру аустеннтного чугуна с высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах; '

- экспериментально установленные факторы, влияющие на пластические свойства аустенитного чугуна;

- экспериментально установленные результаты шкрсраспределе-ния в металлической основе аустенитного чугуна никеля,марганца, кремния, кобальта;

- установленные закономерности, определяющие уровень магнитной проницаемости, теплопроводности и виброакустических свойств аустенитного высокоиретного чугуна;

- -предложенный химический соста коррозиснностойкого немагнитного чугуна с шаровидным графитом;

- технологические параметры плавки, модифицирования, заливки, термической обработки чугуна, литниково-штанцей системы для тонкостенных отливок деталей электромашин.

Апробация таботы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на научно-технических конференциях и семинарах:

I. Республиканском семинаре "Современные методы получения' высокопрочного чугуна", Киев, 1983.

2. Научно-технической конференции "Совершенствование процессов точного литья I! их интенсификация", Кишинев, 1984.

3. Республиканский сегдзнар "Внспечная обработка келезоуглв-родисгнх расплавов", г. Мариуполь, 198".

4. Республиканском семинаре " Повышение -качества, снижение металлоемкости лигше изделий из высокопрочных чугунов со спвцзаль-шл.в свойствами", ¡Спев, 1988.

Б. XI научно-технической конференция "Кристаллизация и свойства высокопрочного чугуна в отливках", Киев, 1989.

6. П шэдукародаая конференция "Высокопрочные и специальные чугуиы", Киев, 1991.

ПуДликашт. По теш диссертации опубликовано 7 статей, одна брешра, получено 2 авторских свидетельства на изобретение.

Мето.ттист исследований. Материалом исследований служил чугун с наровидн-"'.! графитом аустенвтного класса, выплавленный в пндукщк пых и дутовнх ¡электропечах на базе отечественных шихтовых материалов. Структуру и свойства чугуна изучат! в зависимости от содержания легирующих элементов, стабилизирующих ауетешгт (никеля, глр. .ища, меда), .состава модификатора, способа сфероидазирующей обработки, термической обработка л технологических факторов.Количество углерода и кремния в исследуемых чугунах изменяли в пределах 4 О,Ъ$ от принятого базового состава (3,*Й; 2,5%$! ), Содержание углерода, марганца, нпкеля, меда и фосфора л серн е чугуне определены по стандартным методикам жшческш, а остальных элементов спектральным методом анализа.При спектральном анализе в качестве регистраторов излучения использовала еолнсеой я энорго-дисперсионный спектрометры.

•' Эффективность сфероида зярущаго и графнтиэирувдего действия модификаторов (ЕКШ2Р, ККМК2, N1 - - лигатуры) оценивали, по степени сфероидазации, размеру п количеству .графитных включенай и количеству карбвднрй составляющей в структуре образцов и отливок с толщиной стенка от 3 до 60 ш. Механические свойства определяла л ГОСТ 1437-84. Микроструктуру чугуна исследовали на оптическом мяк росноле 11еофот-2. Оценку структуры проводили по ГОСТ 3443-87. .

Для выявления структурных составляю:цих, границ зерен, травление образцов проводили смесью плавиковой а соляной кислот и хло рпстсго аелеза или электролитическим травлением в 20^-ном водном растворе хрег.шетого ангидрида, нагретом до 30°С пр:з напряжения 10

и силе тока IA. ■

Исследование и анализ шкроструктурннх характеристик и внутри-фазное распределение элементов в аустенатном чугуне бита проведены с помощью растрового электронного микроскопа 3 SM- 35CF и рентгеновского шкроанализатора при ускоряющем напряжении Ео=20кВ. Исследования проводили на шлифах и на изломах образцов.

Задачи качественного а количественного анализа решали с помощью БЕЛ. Качественный анализ сводился к расшифровке спектрограмм с помощью ЗВМ по программе ANALIZ£fl для всех зарегистрированных пиков. Используя эту программу, получали значения относительных интенсивностей К -паков присутствующих в чутуно элементов и проводили сравнительный анализ.

Литейные свойства чугуна определяли по стандартным методикам.

Количественный шкрорентгеноспектральный анализ заключался в сравнении интенсивности характеристического излучения анализируемого элемента с интенсивностью излучения этого элемента в эталоне известного состава при одинаковых условиях анализа (ускоряющее напряжение, сила тока, эффективность детекторе фотонов).

Магнитные свойства определяли баллистическим методом по ГОСТ,8.377-80. Магнитную проницаемость чугуна в отливках и образцах определяли методом сравнения,с эталоном при помоги магнито-пробника.

Коррозионную стойкость, материала и деталей электродвигателей в сборе исследовали при воздействии атмосферы, насыщенной парами амила и гептила с концентрацией 0,5 г/ц3 раздельно при температуре EOjt 2°С и относительной влажности 100± 5% в течении 15 суток. Показатели коррозии и коррозионную стойкость чугуна определяли в соответствии с ГОСТ 9.Э08-85.

Стойкость исследуемого чугуна против коррозии в морской воде определяли при натурных испытаниях образцов'в течении 365 суток по двум вариантам: при полном погружении образцов в море на глубину 10 метров ("кислородная зона"); при полном погружении образцов в море на глубину 250 метров ("сероводородная зона"). В процессе испытаний в "кислородной зоне" проводили визуальный осмотр образцов через 10,20,30,60 суток на предает обрастания морскими организмами. Через 60 суток испытаний происходило сплошное обрастание образцов. Последующий осмотр проводили через год испытаний.

Испытаниям на воздействие повышенной влажности, пгашкекной и повышенной температуры среды были подвергнуты опытные образцы взривозалрнцешшх электродвигателей, детали которых были изготовлены из аустенитного чугуна по разработанной технологии.

Электродвигатели с оболочкой из аустенитного чугуна испытывали: - на воздействие повышенной влажности (влагостойкость) согласно ГОСТ В-20.57.306-76;

- на воздействие повышенной и пониженной температуры согласно ГОСТ Б-20.57.306-76;

- на соответствие требованиям технического задания в части коррозионной стойкости материала. Испытания проводились в термокамере ТУ-1000 и териобарокамере KIB-8000/2;

на прочность и устойчивость при воздействии механических уда- . ров согласно ГОСТ В-20.57.306-76 при количестве ударов 9 , функ-ционирован"«} электродвигателей проверяли через один удар. Испытания проводили на копре марки К-200. ,

Измерение пула проводили на расстоянии 0,5 м от корпуса двига- .! теля,на расстоянии 1,0 м от'корпуса двигателя. Измерения проводи- ] ли : изолированно;! камере в релимё холостого хода после работы двигателя в течении 30 шнут при установке на упругие амортизаторы. Измеряли общие в активные уровни шума (дБС-j) в диапазоне частот 40-11200 Гц. Активные уровни щума "определяли в точках с наибольшим уровнем шума. Вибрацию измеряли по эффективному значении колебательного ускорения.

I. Влияние химического состава и структуры аустенитного чугуна на его коррозионную стойкость.

На различных этапах литейного передела последовательно и во взаимосвязи действует рад основных факторов, оказываниях свое специфическое влияние на формирование конечной структуры чугуна/ .. ," К ним относятся химический состав чутуна, - состав шихты, технология плавки, рафинирования, кодифицирования, условия его кристаллизации. Свойства аустенитного чугуна определятся природой аусте-ните-, наличием в'его структуре карбидных включений, размерами зерен л чистотой их границ, степенью сфероидазадки, размером и характером распределения графитных включений, внутрифазным распределением основных легирующих и других элементов в чугуне. Путем . оптимизации состава легирующих, графитизируодвх и карбидообра-

•е

зующих элементов достигается стабильность аустенитной структуры чугуна.

Различают два основных механизма процесса коррозии - химический и электрохимический.

При химической коррозии поверхностный алой металла взаимодействует с окружающей средой, вступая с ним в химические гетерогенные реакции. Электрохимическая коррозия протекает в водных растворах электролитов, влажных газов, расплавленных солей и нвлс-чей. Она связана с появлением электрического тока между структурными составляющими, которые являются элементами гальватшческих пар. При этом графит играет роль катода, а металлическая основа - анода. Гальванической парой, но более слабой является цементит и металлическая основа. Аустенвтная металлическая основа имеет более низкий электрохимический потенциал в паре с графитом и цементитом, чем перлитная и ферригная.

Основными фактора*и, определяющими коррозионную стойкость аустенитного чугуна, является структура и химический состав.

Исследовали влияние никеля, марганца и меди не. коррозионную стойкость аустенитного чугуна в морской воде ( в"кисяородной" и "сероводородной" зонах). С.погашением содержания в чугуне никеля менее'155? его коррозионная стойкость ухудшается в поверхностном слое морской воды и значительно снижается в "сероводородной зоне" (рис. I). Повышение содержания никеля свыше 15/5 незначительно сказывается на коррозионной стойкости чугуна при неизменном содержании в нем других легирущих компонентов, (рис, 1а).

Увеличение содержания меди с I до С* практически не оказывает влияния на коррозионную стойкость в морской воде аустенитного высокопрочного чутуна, содержащего 15% никеля, но приводит к повышению коррозионной стойкости в "сероводородной зоне" аустенитного высокопрочного чугуна, легированного 10$ никеля.

Коррозионная стойкость аустенитного чугуна практически не изменяется при содержании в нем марганца до 5%л в поверхностном слое морской воды и несколько снижается в "сероводородной зоне". Показатель скорости коррозии в морской воде аустенитного высокопрочного чугуна, содержащего в своем составе 10$ никеля, на 0,020,03 г/м2 час выше, чем чугуна, легированного 1Ь% никеля.

Влияние меда и глрганца на коррозионную стойкость чугуна

приведено соответственно на рис. 16 и 1в. На образцах, испытанных в "сероводородной зоне", наблюдали равномерную коррозию без образования ивттпнгов, образца на обрастали морскими организмами.

>

□

ÍK

г 1

Легирование высоконикелевого аустенлтного высокопрочного чугуна хромом до 0,3/3, а также кремнием свыше 2,8% незначительно сказывается на его коррозионной стойкости в морской воде.

Ряд составов аустенатных высокопрочных чугунов обладают в морской воде коррозионной стойкостью сравнимой со стойкостью проката стали 12Х18Н10Т ; и бронзы ЕР06Ц4С2НГ( таблица I) .!

■Исследования влияния от- ! руктуры чугуна ЧН10Г6Ш ка кор- ! розионнуо стойкость в морской воде показали, что она снижается с увеличением содержания : в металлической основе карбид-: ных включений по границам зе- ! рен, шртенситной фазы и нема-1 таллических включений, в виде сульфидов. При незначительном' ■ содеряании в структуре чугуна карбидных включений наблюдается равномерная коррозия .на поверхности отливки." " ' • Рис.1. Влияние МГ(а),©в(б) Ип (в) на ' Аустенитные чутуныс пла-, коррозионную стойкость в морской воде стинчатым графитом обладают ■ "кислородной зоне-" на глубине 10ьР (о) пониженной коррозионной стой- 1; "сероводородной зоне" на глубане250м костью в морской воде по срав-[ (х) содерванлеМ» в чугуне 1-15$,2-10^.нению с высокопрочными чугуна-|у

ш. Данные о влиянии струк-

1С % 1 « « ч в 0 yv- ■'4Г

¡Umr

г X н

7г |п-

—с

а т— в— 0J

! / a J 4 se*

• a' с с

-£< ■ и

3 У - с

1<

— > Ф

туры чугуна ЧН10Г61И (1-6) и ЧНШГ6(7) на его коррозионную стойкость в морской воде приведены в таблице 2.

Таблица I

Коррозионная стойкость сплавов в морской воде

Марка ' 'Содержание элемен-чутуна :тов, % мае.

Показатели Поверхностны!;

коррозии_

:Оерово.'.ородная"

* N1 : Мл ': Си ': ^ гг/м^час : ш/год : Л. : гм2/час : 11 / : мм/го;

ЧН10Г6ДЗШ 9,0 6,0 3,0 0,1 0,0278 0,0308 0,0271 0,0316

ЧН10Г6Ш 10,0 6,5 - 0,1 0,0208 0,0243 0,0283 0,0331

ЧН15ГДЗШ 14,5 0,35 3,5 0,55 0,0252 0,0294 0,0224 0, 148

ЧН15Г6Ш 14,6 6,23 - 0,1 0,0263 0,0307 0,0182 0,0212

Сталь 12Х18Н10Т 0,0260 0,0285 0,0213 0,0233

Бронза БР06Ц4С2Н1 0,0145 0,0127 0,0215 ■ 0,0184

К - скорость потери массы, П - глубина проникновения коррозионной среды (скорость коррозии).

Таким образом внеоконикелевые аустенитные чугуны ЧН15ГД31Л, ЧШ5Г2ДЧШ и чугуны Ш110Г6Ш, ЧН10Г6ДЗШ обладают высокой корроз-лн-ной стойкостью в морской воде.

Таблица 2

Влияние структуры чугуна ЧНЮГ6П1 и ЧН10Г6 на его коррозионную стойкость в морской воде

л:

Характеристик. (ГСЮТ~3443-87 Графит

структуры : матрица

показатели коррозии

:11оверхностный

:Форма :Размер :каичеотво:мш

-:слой'

Карбиды ПГ

маргенсию:г/г^ч. :мм/год

:"Сероводородная" зона

Т. К.* ' : П., :гЛгч. п.

ш'/тол.

ШГф4/ШГ2 80 сл/ - 0,0219 0,0243 0,0112 0,0124

ШГф5/ШГЗ 50 сл/ - 0,0260 0,0288 0,0158 0,0175

ЖФ5/ШГ4 50 2/ - 0,0275 0,0305 0,0195 . 0,0216

ШЩ5УЙГ4 55 4/ - О', 0319 0;б335' 0,0230 0,0255

ШГф5/ЙГЗ '60 • 8/ - 0,0439 0,0486 0,0600 0,0665

ЩйАтга 40 8/ 2 О.ОЙбО 0,0399 0,0431 0,0478

.ШП51/ПГ2 120 - 0,0559 0,0619 0,1325 0,1468

В среда, насыщенной парами гептила, аустенатные высокопрочные чугуны обладают высокой коррозионной стойкостью. Частичная замена гтжеля гаки,я легируаазш компонентами, как марганец в медь не ' влияют на скорость коррозии высокопрочного чугуна.

После гомогенязиру-дцей термической обработки аустенитного высокопрочного чугуна скорость его коррозии не превышает 0,002гЛ£ час, она повышается до 0,01 г/м2 час при содержании в металлической основе чугуна свыше карбидных включений. Наиболее высокой коррозионной стойкостью в атмосфере гептила отличаются чугуны ЧШ0Г6Ш и ЧН10Г6ДЗШ, содержащие дополнительно до 0,3$ ксбатьта. За счет более равномерного распределения в зерне металлической основы никатя, марганца, меда после гомогенизирующей термической обработки скорость коррозии таких чугунов в атмосфере гептила не пр« вншает о; 001 гД^час. Аналогичные показатели имеет сталь 12Х1ВН10Г В ат: - споре, насыщенной парами амила, коррозионная стойкость аустенитного высокопрочного чугуна существенно не изменяется при повышении в нем содержания никеля с 9 до 20£. Однако, скорость ко] розпи чугуна возрастает на порядок при содержании в нем меди. Осо беин.о интенсивно, коррозионное разрушение происходит по. границам -. аустенитных зерен. Резко выражена и пигтвнговая коррозия. Такой' характер коррозионного процесса в парах амила исключает применена меди в качестве легирующего компонента коррозаонностойкого чугуна для литых деталей спецэлектромашин.

Влияние химического состава и структуры аустенитного высокопрочного чугуна на его коррозионную стойкость в парах амила приведен в таблице 3.

Таблица 3

Скорость коррозии, аустенитного высокопрочного чугуна в атмосфере, насыщенной параш гептила

ЙГгисдераанле элеыен- : Состоя- :характеристика Ьтрукту- '¡икорост!

' • тттпа /пит Г ГППФЧЛ/Ч—^ГЛ . тглг^плпгжг«

тов. Т.! %_ ■ : ние ма= {-рн (ГОСТ3443-87) ' гяопоозие

«ь- : м : гтериала-^Форт Размер количество:тугол

. пп . ьч ._:гркодтаграс&1та:катх5идов ■:

2 О 6,52 2,18 35 ■ ШЙ5 : ЫГ50 , !Ц6 :

2 9,4 . 6,52- 2,18 Т 1НГф5 'ЫГ 70 Ц2 0,0450.

3 13,.О 3,79 4,44 т 'ИШф4 Ж 35 сл - ' 0,0414 4Х[ 10,0 6,0 л ШП$4;5'ШГ 35 Цв ' 0;0028

I* 4$ §& : ' 5

7Х} 8,8 5;32 - т ' = ?ИП|5 >.?ИГ "35 сл . 0,0023 В 12.49 3.53 - ч ШШ КГ 35 ИЗ_0.0037'

Лтамечанло: х)/;сп<гпштелько содержи г кобальт 0,3£,хх) л-.татсе,. ,.

т - гегкосбрабо?анноо ■ ■ -

Форма графита в этих чутунах по ТОСТ 3443-87 от ПГф4 до ПГф5. Размер графитных включений в чугуне пл.1-50ммк, пл.2 - 70к.ш, в остальных -35mm. После и с питаний в парах амила на поверхности образцов пял имелись мяогочи сленнне"каверныв значительно меньшем количестве они били на образцах пл.2, равномерные лскалыше "навернн" пл.З. На поверхности образцов остальных плавок наблюдалась равномерная коррозия.

Структурная неоднородность чугуна "ЧНХ0Г61И в литом состоянии сопровождается более высокой скоростью коррозии в атмосфера аглпла по сравнению с чугуном после гомогенизирующей термообработки. Шкрорентгеноспектралъные исследования показали, что такая термическая обработка приводит к устранению неоднородности по распределению легирующих компонентов в структуре чугуна. Дополнительное легирование чугуна ЧН10Г6Ш кобальтом до 0,3^ способствует получешш изотропной металлической основы, более равномерному распределению в аустенитнсм зерне и зонах, прилегавдих к границам зерна, марганца, кремния, никеля. Следствием этого является повышенная стойкость такого чугуна в парах ашла.

Значительное влияние на стойкость аустенитного чугуна в парах ашла оказывает форт 1*рэ®2та. Попиленная стойкость чугуна с пластинчатой формой гранита в амяле, как и в.морской воде, вызвана выходом пластинок графита на поверхность, что создает условия дая проникновения агрессивной среды вглубь металла и протеканию коррозионных процессов по границе металл-графит. Вследствие большой протяженности графитных пластинок процесс протекает более интенсивно. Более низкая скорость коррозии аустенитного высокопрочного чугуна в ампле объясняется локализацией графитных включений шаровидной формы и меньшей их поверхность!).

Таким образом, для литых деталей, которые эксплуатируются в агрессивных средах (ашл, гептил, мореная вода) рекомендуется применение аустенитного высокопрочного чугуна, легированного никелем и марганцем, подвергнутого гомогенизирующей термической обработке. Легирование чугуна ЧН10Г6Ш кобальтом Позволяет повысить его коррозионную стойкость.

2. Влияние модифицирования на структуру и механические

свойства аустенитного чугуна Коррозионностойкий аусгенитпгй чугун при высоких прочностных и пластических свойствах является конструкционным материалом,спо-

собши быть полноценным заменителем ряда высоколегированных марок сталей. ,

Обработка жидкого чугуна модифицирующими и другими присадкам является одним из доминирующих процессов, определяющим свойства чугуна.

Исследовали заэвтектические и эвтектические чугуны следующего химического состава {$% мае.):3,0+ О,1С; 2,5+ 0,151; 5,8+ 0,2Мл; 10,0 ± 0,ЗМ. По остальным элементам различия по плавкам были несущественными. Сравнивали воздействие на расплав следующих модификаторов : (Л лигатуры с последующей обработкой чугуна ферросилицием, лигатурами ЕКЫК2; ЕКМК2Р. Результаты микроструктур ного анализа чугуна в отливках с различной толщиной стенок приведены в таблице 4.

Таблица 4

Структура чугуна ЧШ0Г6И. в отливках с различной тощиной стенки

: Толщина :

Лигатура : стенки ; Характеристика структуры чугуна

: отливки : (П)СТ 3443-87) \ _

I •ым : Форт : Размер : Количество . _V_; гтеЗята гранта ;кат>бяда_

Н1Щ( :ь-кагни- 3 ШЩ 4 . :: ШГд 40 ' Ц 40

вая 10 . 1Щ4 1^.45 Ц 10

15 ¡¡Шф 4 ШГ^ 45 ЦЮ

ЖМК - 2 1 1Щ > 5 ЕГд 15 : Ц ' 4 '

10 Ефф 4; 5 ШГ0 15 Ц 2 15 ШГф 5 ; 4 ШГ9 15 , Д 2

ЖКМК-2Р 3 Щ| 5 ' ШГ? 15 • Ц' 4 10 ВД 5 ' ШЦ}' 15 Ц 2 __15 " . ПШ$ 5 ШГ8 15. - •

Оптимальные свойства получены при использовании лигатуры ЕКМК2Р, которая.увеличивает степень дисперсности шаровидного гра;-фит'а, значительно уменьшает количество карбидных включений в стр; туре о по сравнению с'чугуном, обработанном лигатурой, а затем ферросилицием. Пластические свойства чугуна, обработанного ЕКМК2Р, на 20-30$ выше по сравнению с чугуном, обработанным лигатурой. ' ,

С учетом более полной графятаззрукцей способности лигатуры тГК2Р, а такте того обстоятельства, что ли тле детали специальных электрических маявн выеит тонкие стенки, модификатором для чугуна ЧН10Г6Ш определена лигаутра ЕКЛК2Р.

Механические свойства аустенвтного чугуна зависят такг.о от способа модифицирования. Исследовали лва способа модифицирования чугуна ЧЛ10Г6Ш лигатурой ШшК2Р: лигатуру помещали на дно ковпа в смеси с плавиковым платой, а затем перемешивали ее с чугуном после наполнения ковша аидким металлом;

- лигатуру в смеси с высочкой дииагной стали и плавиковым шпатом помещали на дно ковша и заполняли кови жидким металлом.

Обработка расплава лигатурой ИМС2Р в смаеи с высечкой динам-ной стала позволяет добиться повышения как прочностных, так и пластических свойств чугуна.

Механические свойства чугуна ЧШОГбП после термообработка при первом способе модифицирования:бз = 505т340 Ша, £='26. ¡".ЗОЙ КсУ= 44...50ЛД/сы2, НВ = 143.. .156.

Механические свойства чугуна ЧНЮГ6П1 как в литом, так и в терг.. обработанном состоянии при втором способе модифицирования приведены в таблице 5.

Таблица 5

Механические свойства з структура чугуна ЧНЮГ6Ш в .и:тем состоянии(числитель) и посла термической обработки(знаменатель)

Номер Механические свойства : кол-во

плавки <оВ, МПа : ■ Ша : Л* 1 Ш : цементита

к 47о "535 гт ШО Цл.ь '4С£и 30,0 5§7П , 14У ' Ш 4 следы

2 400 537 . .295 355 '32.5 '3 '45.0 5775 163 ГО 8 следы

3 500 300 30.0 50.0 5375 156 8

ЬЬ4" ш 37, и '15В

4 540, 555 .295 ""355 '40.0 здти 57^5 ; 1бз • 155 4 следа

5 500 537 . 295 ТЗЗ 3570 •'М 5275 • 135 15 2

6 460 537 $60 зтег • 29.0 3575 50.0 5572 ' -186 Т55~ 10 2

7 520 5ГО ■ Ш 313 35.5 5070 45,0 . -187 155" ' 6 следы

8 510 537 335 "333 34.0 ТО ^56 , 10 следы

В этой не таблице показано влияние различного количества карбидных включений в литой структуре чугуна ЯШ0Г6Ш на" его механические свойства при одинаковом количестве, форме и размере графитных включений шаровидной формы. Форма графитныг включений Щ55,количество графита ШГ6, диаметр гранта 12Г 45 по ГОСТ' 3443-87, степень сфероидазадив графита (CCD 85-90iS. Различное количество карбидных включений получено путем изменения скорости, охлаждения литых образцов. После гомогенизирующей термической обработки содержание карбидной фазы в структуре чугуна ЧН10Г6И составляет не более 2%.

Эффективность применения высечки данаыной стали объясняется ее воздействием совместно с модификатором на процессы кристаллизации и графатсобразовакия. В объеме жидкого расплава в результате растворения и расплавления стали и модификатора возникают локальные участки со значительным градиентом концентрации углерода и крем* ння. Это обстоятельство наряду со снижением температуры жидкого чугуна в этой зоне способствует образованию активных центров кристаллизации и грайитообразоЕания,' приводя к увеличению степени дисперсности при кристаллизации и охлаждении отливок, к повышению прочностных и пластических свойств чугуна. Исследования показали, что после термической обработки наиболее высокие механические свойства у аустешзтного чугуна, модифицированного лигатурой НКМК2Р в смеси оо стальной высечкой, реализуются при суммарном содержании в чугуне углерода л кремния в пределах 5,3...5,8/3(рпс.2). Марганец также оказывает влияние на пластические свойства чугуна(рис.З), в хром при содержании до 0,15^ не оказывает заметного влияния на ег механические свойства.

Высокие пластические свойства чугуна ЧШ0Г6Ш в литом состоянии при содержании в металлической основе до 10% карбидной фазы позволяют использовать его как немагнитный материал без термической обработки при условии,когда от него не требуется высокая коррозионная ст0йк0ст1 удлинение^) чугуна ЧНЮГбГКСодерглнпе Магнитная проницаемость кремния 2,4...2,Й). чугуна составляетГ.З..1,3£

so

к

£500 so

5 1

У W <о

« 300 5 30

$ §

.га

-1

.2

* -Х'п J ^^ cN^i □ V4

Массо&ая. <кля(С*&),% Рис.2 Влияние углерода а кремния(С+5|) на предел текучести(1) и относительное

. Ю-6 Та/и. Термическая обработка приводит к одновременному повышению предела прочности, предела текучести в относительного

При этом соотношение предела текучести и предела прочности практически остается постоянным. При оптимизации г,се:: факторов, опредслявдих структуру чугуна ШПОГСШ, создаются предпосылки дальнейшего повышения его ударной вязкости с 50... бОДг/м2 до 65.. .70Лд/с!.^(на образцах с надрезом).

Микрорентгенсспектраль-ные исследования и исследования методом растрсво;; электронной микроскопии чугуна ЧП10Г6И после гомогенизирующей термообработки показали, что характер разрушения при ударных нагрузках во многом зависит от количества, фермы и распределения неметаллических включений в структуре чугуна. В чугуне ЧП10Г6Ш выявлены фрагменты хрупкого характера разрушения при общем вязком разрушении причем инпцаирущиш являются неметаллические включения.

Снижение пластических свойств аустепитного чугуна прп близких значениях прочностных показателей, по-видимому,объясняется неравномерностью распределения составляющих (кремния,никеля,марганца) в структуре, повышенным количеством неметаллических включений. С использованием различных методов травления.оптическим микроструктурным анализом не удалось выявить существенных отличий в структуре чугуна плавок, химический состав и механические свойства которых приведены соответственно в табл. 6 и табл.7.

Таблица 6 Химический состав чугуна ЧН10Г6Е1

номер плавки Содержание элементов, мае. доля %

с N1 е

9 " 10 II а, ¡32 3,01 2,85 ¿г,ъ4 ё.'М 3,09 6,30 3,09 5,70 10,34 10 10 10,13 0,04а 0,058 0,056

Примечание: чутуны содерлат( Ймас.):0,015 ; 0,1Сг; 0,07М«; 0,04 Со; 0,09 А£.

го

I «

I «о

31

го

не ия чугуна.

* ж

л 1 X

с я 3 (

с У

/

/ 4

МасеаВля доля

Рис. 3 Влияние марганца на относительное удлинение чугуна ЧН10Г6И. '

Таблица 7

Механические свойства чугуна ЧЕГОГбЕ

Номер : _Механические свойства __

плавки :Предел: Предел : относитесь-: Ударная :Твердость :прочности : текучести : нее талине-: вязкостьдНВ '.при пастя-: <2, 0,2 Ша: ние д % : КСУдгУсг.гг :кении : : : :

х£в, Ша ; ; :

9 497 305 ' 44,0 61,2 143

10 ' 560 310 40,0 . 55,0 156

II 505 305 22,0 55,0 156

Применение методов растровой электронной микроскопии и локального рентгеноспектрального анализа позволили такяе установить, что одной из причин падения пластичности катается увеличение количества неметаллических включений в структуре. Наблюдаемые области разрушения матрицы содержат включения сложных окислов крем- ; ния, алюминия, кальция. Бри повышенном содержании таких включений | пластические свойства чугуна ЧН10Г61И снихаются. Выявлены различите по ферме включения. Включения сфероядиальной оорш, как. правило содеряат повышенное количество марганца. Включения неправильной Формы содержат повышенное : количество крешшя. В изломе они наблюдаются в влде гиен. На рис. 4 приведена микроструктура чугуна плавки II с указанием мест проведения локального анализа.Ре- ' зультатн этого анатшза приведены в табл.8. (

Наличие в структуре чугу- ; на большого количества не-: металлических включений сложного состава в виде плен приводит к снижению ого г : пластических' свойств.В образцах из чугуна плавки 9 количество неметаллических включений значительно меньше, чем в образцах из чугуна шавки II.

Применение рафинирующей обработки жидкого металла является одним из путей

5лс.4 "дкроструктура чугуна -с указа-^ ни ем мест (1-5) проведения локального анализа.

повышения 'пластических свойств аустенитного чугуна с шаровидным . графитом, Снижение пластичности чугуна происходит тагсхе из-за наличия в его структуре карбидных включений, выделившихся но граница:.! зерен. При общем содерглнип карбидов в структуре до 2% и при их расположении по границам зерен пластичность чугуна снижается в 1,5... 2 раза.

Лекальным анализом обнаружили в изолированных карбидных вклп-чениях повышенное содержание марганца до 18/5 а пояпкение никеля до 2% при среднем содержании в чутуне марганца S и никеля Содерташю хрома в карбидах повышается в 2...4 раза по сравнению с общим содержанием хрома в чугуне.

Таблица 8

Результаты локального рентгеноспеатрального анализа включений в чугуне плавки Ii

Пе'сто 1 "Массовая доля элемент 'OB, %

анализа : «i. : Р : S : Ca : Mn : fit : V

II-I 0,60 0,09 0,07 ' 0,05 - 18,15 0,43 0,34

11-2 57,12 - - 6,19 2,54 2,53 0,55 0,16

11-3 60,27 - 4,47 2, £54 3,70 0,53 0,77

II-4 36,51 0,45 2,34 5,13 2,49 5,79 2,24 0,88

II—5 28,73 0,43 2,21 2,89 2,19 6„82 2,71 1,36

11а механические свойства оказывает влияние такие неравномерность распределения легируицих элементов в структурных составляющих аустенитного чугуна. При микроструктурном анализе только при больших увеличениях обнаруживается, что ряд зерен обладает ярко выраженной полосчатостш (рис.5), что является яо-видпмоцу следствием различного содержания в них основных легирующих злемен-тов(табл."*9). ; табЛ1!ца 9

Распределение легл'рутарх^злеменгов по зерну аустенпта •

Номер зер-: массовая доля элементов. Ж :' итноиенасЩ/Мд на : СЕ : У : ЩГ в зерне.: в чугуне в

; ; ; - " (тпйттидтт

г~ Чугун плавки 9

Зерно I - 0,42 10,49

Зерно 2 - 0,05 5,73

Зерно 3 .0,01 0,1 5,22

Чугун плавки II

Зерно I 0,14 0,15 10,51

Зерно 2 0,04 0,04 ' 8,47

Зерно 3 0,07, - 6,44

6,26 7,09 8,37

5,15 6,09 6,75

0,596 1,226 1,60

0,49 0,71 1,04

1,525

1,77

Р

щ

Специальными режимами обработки поверхности шлифа чугунных образцов выявлены зерна аустенита различной степени травления и ориентации.

Использование комплекса металлургических факторов , (рафинирована е, модифицирование, перегрев и др.),на-' правленных на повышение ка-1 чества расплава,позволяет повысить дополнительно пластические свойства чугуна ЧНЮГбШ и, в частности,его ударнув вязкость.Путем управления процессами плавки чугуна, его термовременной выдержкой в жидком состоянии,сшаковым режимом,модифицировали ем создаются условия для снижения в аусте-нитном чугуне количества неметаллических включений,что положительно сказывается на его пластических свойствах.

Этому способствует и более изотропная структура чугуна ЧНЮГбШ вследствие более равномерного распре-<-> • - деления в его структуре ле-

гирующих компонентов. Вас. Б Структура чугуна вл.Ш100(а), Такии образом иссле-

х 1000(6) дования показали, что кор-.

розионностойвдй чугун ЧНЮГбШ обладает высоким уровнем механических свойств.

3. Исследование специальных свойств чугуна ЧНЮГбШ В процессе эксплуатации электрических машин их надежность и долговечность во многом зависит от интенсивности тепдоотвода и определяется тешоцроводноотью материала, из которого ззготавли-

ваюгся корпусные детали. Величина теплопроводности чугуна в зна-. чительной мере обуславливается его структурой и химическим составом. Аусгснптнне чугуны с шаровидной формой граната обладают значительно меньшей теплопроводностью по сравнению с чутунаки с пластинчатым графитом. Одним из путей повышения теплопроводности аус-гениткого высокопрочного чугуна является изменение количества и соотношения основных легирующих элементов.

Исследовав влияние на теплопроводность чугуна изменение содержания кремния от 2 до 3%, никеля от б до 12/2, меди от 0 до 6% и хрома от 0,1 до 0,5?»'.

Определено, что при идентичной металлической основе чугуна никель и хром в приведенных Выше пределах не оказывает существенного влияния на его теплопроводность. Более высокое содержание хрома в чугуне приводит к увеличению в его структуре карбидной составляющей, которая по сравнению с аустенитом и графитом отличается пониженной теплопроводностью. Термическая обработка такого чугуна за счет гранитизации карбидов позволяет повесить его теплопрод-ность (таблица 10).

Установлено, что медь сказывает существенное влияние на теплопроводность аустенитного чутуна. Оно взаимосвязано с содержанием в чутуне кремния. Повышение в чугуне содержания меди с 0 до &% увеличивает его теплопроводность в 1,5...Г,7 раза при идентичной структуре металлической основы и степени сферойдпзацли графита. Подобное влияние меди характерно для исследованных ауетенитных чу-гунов содержащих 6,9 и 12% никеля. На рис. 6 показано влияние меди lia. теплопроводность этих ауетенитных высокопрочных чугунов, .содержащих 2,5% кремния. Аналогичные зависимости получены для этих чугунов, содержащих 2,2; 2,5% кремния. Повышение содержания кремния в ауетенитных высокопрочных чугунах приводит к снижению величины теплопроводности, что характерно для всех чугунов.легированных медью. Аустенитный высокопрочный чугун, не содержащий .медь, обладает оптимальной теплопроводностью при содержании в нем 2,5/1 кремния (Рис. 7).

Для деталей элентромаплн, которые не эксплуатируются в высоко- ■ агрессивных средах, целесообразно применена взамен нержавеющих сталей аустенитного высокопрочного чугуна повышенной тег чпровод-ности за счет дополнительного легирования ею медью.

и

гг.

.3

■г

-1

Мае<?о£аЯ доля ,Си

Рис.6 Влияние Сн на теплопроводность аустенитных высокопрочных чугунов,содержащих 6(1),9(2), Д2(3)£№ ; 2,5% 51

1

го

14.

гн

го

¿,0 ¿5

МасссВол воля

Рис.7 Влиянием;вагел„лтроводнооть

Магнитная проницаемость чугуна ЧН10Г6Ш зависит от его ' 'структуры. Повышение содеркания карбидных вклвчени2 в аустенитнсЯ основе чугуна ведет к увеличению его магнитной проницаемости. Магнитная проницаемость чугуна ЧН10Г6Ш в литом состоянии не пре-; вышает величину 1,35 ЛСГ6 Гн/м. Для получения чутуна с низкой магнитной прошщаемостью особое внимание уделяется процессу модифицировать чугуна и особенно его графитизирущей обработке в яздком состояния.'Проведение термической обработки позволяет снизить величину магнитной проницаемости до 1,26 . 10" что даже гаке, чем магнитная проницаемость стали 12Н8НЮТ.Магнитная проницаемость зависит от величины напряженности магнитного поля. Увеличение напряженности магнитного поля с 0,5А/м до ЮА/ы приводит к некоторому внижению магнитной проницаемости аустенят-ных чугунов с шаровидным графитом.

аустенитных высокопрочных чугунов

с 6^(а),с 9^(6).Содержание в чугунах

Си:0^(1),3^(2),6^(3) Таблиц 10

Влияние тер оческой обработки на теплопроводность чугуна Номер :ыассоЕая:1арактеристика структурыпо г0и'1У443-а7:теплопровод-плавки ;доля хро!форш ;размер, ;кодичесгао :количество:ноа?ь3т/"-с ! ' :грайлта: гранита: графита :цемента

13

14

15

Нрж

_ __________„:гт

1171-Цф 4 Ш; 45—ЕГЕГ

0,45 ШГф 4 КГд 45 ШГ 12 0,1 Щ> 4 ЕГд 45 ШГ 12 0,5 ШГд 4 ЕГ 45 ЕГ 12

"Ж*

сл

ш

сл

т

сл

ЩО

сл

Ж" 2773

.15.8 2371 21.9 12273 19.1 ЙГД

^ечаннеаюказатель теплопроводности чутуна в числитиле для

литого состояния, в знаменателе-после термической обработки .

№

в

Проведанные сравнительные исследования вибропоглощащей способности образцов из чугуна ЧН10Г6П1 с различней степенью сфероида зации графита и различным количеством структурно-свободных карбидов в аустенитной матрице показали, что его виброакустические характеристики при идентичной металлической основе (аустенит, менее 4% карбидных включений) зависят от формы графитных включений (табл. II). Наибольшая скорость затухания ударного импульса наблюдается в чугуне с пластинчатым графитом. По мере увеличения степени сфероидазации графита скорость затухания звуковых колебаний уменьшается.

Чувствительность чугуна к вабропоглещению зависит от площади сечения испытываемых образцов. При сечении 5x25 мм проявляются резонансные свойства, что позволяет с большей вероятностью определить влияние структурных составляющих чугуна.

На образцах размером 10x50x150 эта закономерность не выявляется.

При идентичной металлической основе на вибропоглощение оказывает влияние не только степень сфероида зации графита, но в также его размеры.

Высокопрочный аустенитный чугун, содержащий гранитные включения диаметром более 25мш обладает меньшей вибропоглещающей спо- . собностью по сравнению с чугуном, в структуре которого диаметр.графитных включений не превышает 15 мил.

Таблица II.

Влияние степени сфероидизации гранита (ССГ) на затухание звуковых колебаний в чугуне ЧНГОГбШ

¡i плаЬ-f- Размер образца luxüuxibum: Размер оопазца """

ки :_■ _ : 5x25x150мм •_ :ССГ

:по даи-:цо ампли-;скорость rilo дошо ам-.икоБСсть •.% :тельно^:туде,дБ ':затух^ия/":тель-:плиту-:затухания: ■ :ств,с • : " :дБ/с :ности;де дБ :колеба- : ' :_: : ' :с : 1 :ний дБ/о :_

16 0,619 -62 ' 100,1 0,96 73,5 76,5 ' пласткн-

чатыЛ

17 0,619 61 98,5 2,48 €6,5 34.S 70

18 0,669 ; 62 92,6 ' 2,59 84,0 34,1 80

19 0,700 61 87,1 2,54 5 33,2 85

20 0,775 64 82,6 2,29 L.,5 36,0 SO

21 0,7£4- 61 78,1 2,50 86,0 36,3 90

22 0,800 63 78,7 2,30 85,0 35,3 93

Примечание: Размер грайитянх включений в 'структуре чугуна пл 17,18 - ШГд25, 19,20,21,22 - Ш1д15(ГОСТ 3773-87/.

лавки

Результаты испытаний, представленные в таблице 12, показывают, что наличие в аустекитной основе чугуна изолированных карбидных включений способствуют поглощению звуковых колебаний.Карбидная составляющая, образующая в структуре чугуна каркас в виде сплошной сетки, уменьшает скорость затухания звуковых колебаний (плавка 23-3). Чугун по своей вибропоглощающей способности аналогичен стали 12Х18Н10Т. „ -

Таблица 12

Влияние структуры металлической основы на скорость затухания звуковых колебаний в чугуне' ЧН30Г6Ш

а плав- : скорость затухания дь/с : структура ки :размер оо- :^азыетэ образца :Каличествс} '

гтазца : 5x25x150:,ш _; 10x50x150ш :_

ШГ пп

за

:карбидов,: %

1 23-1

2 23-2

3 , 23-3

■г Сталь 12Х18НЮТ

78;, 5 67,9 56,17 58,9

58,3 50,6 35,9 35,7,

5 8 25

90 90 90

Термическая обработка, способствуя увеличению пластичности и ударной вязкости, .приводит к снижению ввбропоглощащей способности аустенитною чутуна (табл. 13). Для сравнения приведены данные, полученные на литых образцах аустенитного чугуна с пластинчатым (плавка 24-1) и шаровидным графитом аналогичного химического состава в литом (24-2) итермообработанном состоянии (24-3) .Образцы изготовлена из отливок корпусных деталей электромашин.

Таблица 13

Влияние термической обработки на затухание звуковых колебаний в чугуне'ЧН10Г6Ш

плавЯ1о длительно амшги-^Скорость ¡Характеристика струя-

пп.-кн :нооти,с ;туде,дБ :загуха- -тута по 10073443-87 :%

;ния,дБ/сформа ¡размер ¡содержание :

: Грата- ¡граТя такарбидов, % :

; -та.мкм :шси~ • ;

':ССГ

•I 24-1 1,17. 71,5 ' 60,85 Игф 2 ПГд180 Ц4

2 24-2 13,75 72,25 • 52,54 1Щ>'5 "ЕГд 25 ЩО "90

3 ¿4-3 ' 15,0 ' 77,0 '51,3 ШЩ 5 ШГд 25 следи • 90

х) испытания проведены на образцах 5x25x150мм

Химический состав чугуна по основным элементам составлял мае. дога) 3,1е,с;ю,53Н|; 6,82 Мп; 2,5651. Уменьшение скорости затухания звуковых колебаний в чугуне после термической обработки плавки 24-3 происходит вследствие гомогенизации структуры и грайлтазация карбидных включений.

еоо

& Е0

60

>>0

10

-и-

\ \

\zr » £23

V-EJ г,t i- И

. Степень аргроивиярчии. е,*о~фитсх (QCrjf л»

1Сарбидная структурная составляющая, отличаясь по свсим физическим свойствам от аус-тенита и расположенная в виде отдельных изолированных включений в металлической основе чугуна, препятствует распространении звуковых колебаний. Аналогичным образом наблюдается поглощение механических колебаний при нсследо-' ваяии циклической вязкости чугуна. .

Частоты,при которых проявляются,, резонансные свойства материала,определяли на об разцах из аустенитннх чугунсв

Рис. 8 Влияние ССГ на ввбропоглощап-щие свойства (скорость затухания удар-с шаровидным и пластинчаты!,I ного импульса); размеры образцов графитом. 10х50х150ш(I) 5х25х5501а,1(2) ;чугун Уровень звукового дав-

ЧНЮГбШ(а), сталь 12X18 НЮТ(б) легшя при резонансних часто-

тах у аустенитного чугуна с шаровидным графитом вше, чем у серого чугуна. Влияние степени сфероядизации графита (ССГ) на впбро-пеглещающие свойства аустекигаого чугуна приведено на рис.б.Ядя сравнения приведены данные, шулучепные на образцах из проката стали Г2П8Н10Т. '

Таким образом оптимальными внброакустпческлми характеристика!® обладает высокопрочны]/ чугун с аустенитнсй структурой с отдельными изоляированными карбидными пшлениями, со степенью сферспдпза-ции графита около 70%. Получение качествен отливок из аустснпт-ных чугунов во многом определяется их литейнши свойстд г\ в пи-

кок и аидкогвердом состояниях. Исследование показали, что чугун ЧН10Р6Ш обладает удовлетворительным! литейныш свойствами,позволяющими получить качественные корпусные отливки с толщиной стенок от 3 до 20 мм ы развесом до 25 кг. Чугун имеет высокую гидко-текучесть при содергинш зтлерода 2,8. ..3,4$ и склонен к образованию концентрированных усадочных раковин. - Его литейные свойства имеют прямую зависимость от состава модификатора.Кидкотекучесгь чугуна ЧН10Г6Ш при температуре заливки 1340-1360°С не уступает зкидкогекучести чугуна марки СЧ20. Свободная литейная усадка этого чугуна примерно на 15...20^ превышает аналогичные показатели для серых чугунов.

Чутун ЧН101Ш, модифицированный ЕК.К-2Р, имеет пониженное, по сравнении с чугуном, модифицированным N1 - М| - лигатурой,предусадочное расширение,;что в результате уменьшает общий объем усадочных раковин и пор и способствует получению более плотных отливок.

4. Технологические особенности получения чутуна ЧН10Г61И и отливок из него для оболочек электродвигателей ..

Стабильность структуры и физиконлеханических свойств аусте-китного чугуна во многом определяется его:химическим составом, который мскет изменяться в процессе плавки. Оптимальную последовательности загрузки шихтовых материалов определяли с учетом получения угара легирующих элементов в процессе расплавления и доводки метатла по химическому составу и температуре, Было установ-.лено, чтс при плавке чугуна в индукционной тигельной печи при ' температуре жидкого металла ниже 1470°С угар марганца практически не зависит от поря~-а его загрузки в печь в составе твердой завалки в начале плавки или в жидкий чугун в Конце плавка и не превышает 12/2.'

Длительная терыовременная обработка чугуна при его подогреве до 1500°С приводит к интенсивному окислению 11арга.да. В этом случае добавку ферр^дарганца проводили в конце плавки.

Чугун с 'содержанием углерода ниже 2,8$ кристаллизуется после обработки его сфероидазирупциш модификаторами с выделением первичных эвтектических карбидов. Повышение содержания углерода в исходном чугуне до о, 0-3,4/5 уменьшает количество сгрукгурно-сво-бодннх карбидов. Увеличение содергания углерода достигали наугле-ражпванием чугуна графитным'порошком в виде отходов грайитизиро--

анных электродов фракцией 0,1-Зш. Усвоение углерода составляло 0-70??. Поете расплавления металла и его перегрева за 5-7 минут о его выпуска пз леча производил! предварительную графитизируто-ута обработку расплава дополнительной порцией графитового порош,-а, то позволило увеличить количество активной зародышевой (Тазы, мекыгать количество связанного углерода. Химически!} ссстав ис-одаого перед модифицировавшем чугуна содержал (% по массе: ,0~3,4£>С 1,4-1,б/а5/; 5,5-6,5;с; МП ; 0,Со.

Обработку жидкого чугуна сферойдизпрувдими модификаторам: существляли в разливочных ковшах в процессе наполнения их ме-аллом. Модифицировали механической смесыэ, стоящей из модифика-ора ЕШК2Р (Ш<ГЖ4Р), плавикЬвого штага и внсечки динамнсй стали отходы штамповочного производства) в соотношении 1:0,2:1 соот-етственно. Введение в состав смеси высечки динашоГг стали поз-олило уменьшать ппроэгофект и дшовиделенпе при модифицировании, меныпить скорость протекания процесса взаимодействия модифпкато-■ а ч с чугуном, что привело к повышению степени усвоения чугуном фероидизирувдих элементов', РЗМ) до 75-05$,и следовательно озволило уменьшить расход модификатора до 1,5$.Дополнительная об-аботка чугуна ферросилицием марки <ЕС75 приводит к уменьпеняю ко-ичества карбидных включений в структуре. Оптимальная температура идкого чугуна при модифицирования, обеспечивающая высокую степень своения сфероидазврущих элементов, составляла 1450-1470°. С четом потерь тепла металлом в процессе модифицирования и при поре-аче к заливочному участку тег.л ера тура чугунагоред заливкой сос-авляла 1340~136О°С.

В связи с тем, что металл из тигля печи разливали порциями три ковша я модифицирование проводили в каадом ковпе,химический остав определяли на пробах, залитых из каждого ковша. При уста-овившемся процессе плавки и-модифицирования не выявлены, существен-зв отклонения по химическому чугуна в пробах, залитых из различ-ых ковшей одной плавки.'

• Механические свойства чугуна в пробах, залитых' металлом одой плавки из различных ковше?, характеризуются стабильными ре-ультаташ.

/ При разработке конструкции литых дет&тей и техноло--и их из-этошения.учитывали особенности кристаллизации аустонитного чу-рна и его литейных, свойств, Формы отлзвоц" изготавливали из едп-эй формовочной смеси, применяемой дая конвейерных линяй П0"£г-

электроиаш". Применение облицовочной смеси наряду с улучшением чистоты поверхности отливок вызвало значительное увеличение подкорковых газовых раковин вследствие повышенной ее газотворной способности и малой газопроницаемости.

Характерной особенностью аустешзтных чутунов с шаровидным , графитом является повышенный общий объем усадочных раковин и пор, достигающий 7%, что может служить причиной запотевания или течи отливок при их гидроиспытаниях, а также ухудшить взрывобезопас-ность электродвигателей.

С увеличением суммы' углерода и кремния объем усадочных раковин и рыхлот уменьшается вследствие повышения степени графити-зации чугуна. В чугуне ЧН10Г6Ш заэвтектического состава объем усадочной пористости не превышает 1%, а объем концентрированней усадочной раксвинЫ;Ч,8 ...5,3^.

' Увеличение степени эвтектичности чугуна достигали за счет повышения содержания углерода, а не дополнительного ввода в него .грешия. С этой целью проводили науглераяивание расплава в печи графитовой крошкой, применяли"высокоуглеродистые материалы.

Установлено, что с повышением температуры заливки снижается объем усадочной пористости чугуна, что позволяет получать более , герметичные отливки. Оптимальная температура заливки при производстве отавой с толщиной стенок от 3 до 20 мм дяя взрывозаци-щенных электродвигателей является 1340... 1360°С.'

При разработке конструкции литой детали и литниковой системы для устранения усадочных раковин и пористости учитывали принцип направленного затвердевания. Для тонкостенных отливок, малой массы с развитой поверхностью применяли боковые прибыли (питающие бобышки). При изготовлении отливки станины электромашины более эффективным вместо двух бобышек оказалось использование одной питающей бобышки, а также холодильников..Применение холодильников лоз-! валило уменьшить расход металла и устранить усадочные дефекты в толстостенных, частях отливки . Увеличению плотности металла в отливке способствовало модифицирование комплексным модификатором в смеси с высечкой динамной стали и вторичные модифицирование чугуна в форме ферросилицием марки ФС75.

Добавка алшвния в чутун, обработанный магний- содержащими лигатурами, позволила создать на поверхности раздела металл-форма пленку, предотвращающую взаимодействие влаги формы с параш магния,;

и значительно уменьшить или пслпсстыз устранить подкорковые газовые раковины. Такие дсбавкп возмогли только в случае применен-, кпя шди-Тшаторсв с Р31.1. Петлило увазаишх мероприятий, снижение содержания серы в исходном чугуне до 0,3,1, заливка металла в формы чайняисвкми ковшах.®, устраняющими попадание пяака в форг^г,строги:'; контроль за стабильным содержанием влаги в формовочной смеси такзе способствовали получению качественных отливок.

Разработанный технологический процесс изготовления отливок в основном обеспечивает получение их без включений структурно-свободных карбидов при соблюдении реяаыа плавки, модифицирования и заливка.- Однако, нестабильность поставляешь пихтовых материалов л возможные отклонения оТ установленного.регламента обработки расплава при серийном производстве могут привести к ввделенпю карбидов в тонкостенных частях отливок. Поэтому технологическим процессом предусмотрена термическая обработка чутуна по следующему релицу: нагрев отливок до температуры 960+ 2С°С, выделяа при этой температуре 7-8 часов, охяазденпе спечко до температуры 720 £ 20°С, охлаждение на воздухе. Термическую обработку в печи Щ05 проводили одновременно для партий отливок 3...5 плавок без разделения отливок по массе и толщине стенок. Для предотвращения образования окалины и сбезуглерспенного слоя, которые повышают магнитную проницаемость чугуна, тершческуб обработку отливок проводили в восстановительной атмосфере. Механические свойства чугуна в отливках после термической обработки получены следующяе:б^500!,Ша,^(1^320;.Иа,5» 25^, Ш1 £ ЬСда/см2.

Электродвигатели с деталями оболочки из чугуна ЧНГОГбЫ успси-но пропил межведомственные испытания на коррозионную стойкость в атмосфере, насыщенной параш амила и гептила, в морской воде, на ударостойкость, на воздействие повышенной и понляетюй температуры, повыйенной влажности. По своим впброакустическим характеристикам они соответствуют предъявляемы!.! к ним требованиям.Чугун ЧН10Г6И рекомендован в качестве материала для деталей оболочек электрических машин специального исполнения взамен деталей из проката стати 12Х18Н10Т.

Технико-эконоьячесгае показателя приме зпия чугуна'ЧНШГСЕ для деталей электромашин на П0"Юз:злектромаи" приведены в таблице 15,

Таблица 15

Технико-экономические показатели изготовления деталей из чугуна ЧН10Г6Ш(литой вариант) в проката стали 12П8Н10ТСсварной вариант)

к*;начмено-: ивашо г; вариант :лптсп вариант • трудоемкость :инкаение

IМасса :Mac са i Коэф;MacсаiЫассаi Коэф. : Ьрудо-мДас

:¿¿^"¿детали:зато-:исп.:дета-:зато-: и сп. и,.-л.« '.емкость

I. Станина 28,3 64,07 0,44 18,0 24,2 0,74 29,3 14,9 ■ 50 35,

2 Корпус 6,78 20,7 0,33 4,1 5,7 0,72 15,9 2,1 76,5 39,

3 Щит подайпн. 7,8 29,3 0,27 3,9 4,96 0,79 23,6 12,8 55,8 50,

4 Щит подшилн. 10,8 53,5- 0,19 6,6 1 .8,7 0,76 21,03 12,9 48,6 48,

Разработанный технологический процесс получения чугуна ЧН10Г61 и литых деталей оболочки из него освоен в серийном производстве н, ГУ'Ейзлектрошп" с экономическим эффектом 285 тыс. рублей в год.

Выводы

1. На основании исследований влияния комплексного легирования модифицирования'на фазикочдеханические, специальные и технологиче кие свойства разработан коррозионностойвий немагнитный чутунШДОГ содернащийС» «4)2,'80.. .3,200 ; 2,20.. .2.60SL ; 5,0.. .7,0 Мп ;9,5С 12,0Vi; 0,03... О.ЗОСо; 0,01...0,15 АС ; «ОДСт. £0,07 Р ,siOtOIi

¿0,02ЕМ<) ; £ 0,015Са; 0,01... 0,10 РЗМ.

2. Наиболее высокие показатели предела текучести и относител* ного удлинения чугуна ЧН10Г6Ш.достигаются при суммарном содержании в нем углерода и кремния в пределах 5,3...5,8/5.

3. Наиболее высокие пластические свойства в чутунэ ЧН10Г6Ш " реализуются при содержании в нем марганца в пределах 5,8.. .6,2?>. При более высоком марганце эти свойства понижаются. Хром до 0,4$ не оказывает замегного влияния на механические' свойства чугуна ЧНГОГ6И.

4. Установлено, что снижение пластических свойств аустенит-кого высокопрочного чугуна ври неизменных прочностных характерно пах обусловлено неравномерностью распределения никеля, марганца : кремния в его структуре, повышением содержания неметаллических в чений, в основном кремнезема.,

5. При исследовании мшфоструктурн выявлены различные по фор неметаллические включения.- БключбК»сфероидпальной фермы содержат

вкшеннсе Количество марганца, включения в виде плен содержат в основном скисли кремния, а также скисли аномалия, кальция.

6. Коррозионная стойкость аустенитного чугуна в морской воде понижается с увеличением содержания в металлической основе Карбидных включений по границам зерен, мартекептпей базы, неметаллических включений. Повышение в чугуне содержания меди до 6% но снижает его коррозионной стойкости в "кислородной зоне" морской веди и несколько понижает ее в "сероводородной" зоне..Марганец в пределах ст I

до Ъ% практически не влияет па коррозионную стойкость чугуна в "кислородной"зоне и несколько снижает ее в "сероводороднойпзоне". Скорость коррозии чугуна с содержанием свыше 15£ в морской воде па 0,02...0,03 г/м^час ниже,'чем аустенитнйо чугуна с 10£ тшколя.

7. В парах гептила аусгеиитннй высокопрочный чугун обладает высокой коррозионной стойкостью. Никель при его содержании в аус-тегсшюм чугуне ,от 9 до 12$ не влияет на коррозионную стсйсость аусте1штного высокопрочного чугуна в дарах жила. Медь приводит

к интенсивному коррозионному разрушению чугуна в ото!! среде,которое особенно проявляется по границам аустенитных зорен.

3. Теплопроводность аустенитного чутуна зависит от формы графитных включений, количества карбидной составляющей в его структуре., содержания меди в чугуна. При увеличении содержания меди до теплопроводность аустенитного высокопрочного чутуна повышается в Г,5...1,7 раза по сравнению с чугуном без меди. Повышение содержания кремния приводит к сшжегага теплопроводности аустсш:т-ного чугуна. Наиболее высокой теплопроводностью обладает чугун ЧП10Г6П при содержании в нем 2,5,1 кремния.

9. Виброакустичесиио характеристики аустенитного чугуна зависят не только от степени сфероида заци графита, но также от его размера. Аустенитный чугун с графитная: включениями шаровидной формы диаметром 15т.к обладает в 1,5;раза более высокой взбрспоглсщакмдей способностью по сравнению с чугуном аналогического химического состава и структуры, но с графитными включениями свыше 25 мкм. Наличие, в структур® чутуна разрозненных карбидных включений препятствует распространению звуковых колебаний. Оптимальной структурой • аустенитного чугуна пс вибрсакустаческим х; штеристикам является аустонитыая структура с разрозненными карбидными включе" "дл со степенью сферойтшзадки графита около 70£.

10. Цапшгная проницаемость чугуна ЧЗПОГ6Ш зависит от количества карбидных включений в его структуре. В литом состоянии

она не превышает 1,35 . 10_6Гн/м, после гомогенизирующего отжига, ß затем охлавдешш чугуна на воздухе с температуры 720...740°С, магнитная проницаемость чутуна ЧН10Г6Ы составляет 1,26 . '10~^Гн/м.

11. Показано, что путем рафинирования,модифицирования,термо-временноп обработки, направленных на улучшение качества расплава, достигается повышение пластических свойств чугуна ЧЕ10Г6Ш при высоких его прочностных свойствах.

12. Разработан*, технологический процесс производства отливок для взрывозащищенных электродвигателей из коррозионносто25кого немагнит»-ного высокопрочного чугуна взамен проката стали I2H8HIQT.,

Технологический процесс освоен в серийном производстве на ПО "¡Саэлектромаи" с; экономическим эффектом 285 тыс. руб. в год. Основные положения диссертации опубликованы в работах:

1. Евко В.1,1., Зеленый Б.Г., Иксар Ю.Я., Фитье Е.Г. "Особенности серийного производства отливок из высокопрочного чугуна дня взрнвозащищенннх электродвигателей" в кн."Теория и практика производства высокопрочного чугуна" Киев', 1976 с'."71..'.74.

2. Евкс В.М., toeiiKo A.A., Яковлев-U.U., Зеленый Б.Г.-""Производство высококачественных отливок из коррозионностойкого чугуна для оболочек взрывозащищеннкх электродвигателей"!?. НТК"Совер-шенствование процессов точного литья и их интенсификация" Кишинев,' 1984, с.117. .'.120.

3. Евко В.М., Зеленый Б.Г. "Влияние режимов плавки,модайициро- '. вания на получение качественных отливок из ударостойкого чугуна" Тр. НТК "^вершенствование процессов точного литья и их интенсификация" -

Кишинев, 1984 c.TII...tI3. 4'. Евко В.М.,' Еиклтич A.M.,Фельдман A.B., "Исследо-ание геплофизи-ческих свойст- специальных чугунов" в кн. "Современные методы, и приборы .для определения качественных параметров чугуна во время шавки" Киев, ИШ1 АН.УССР, 1985 с.95...96. С. Евко В.М., Зеленый Б.Г,, Иейко A.A. ,Фастивец Г.И."Высококачественные отливки иг чугуна для корпусных деталей электромашин" 8 сб. "Повышение надежности и долговечности литых деталей" • Киев, ИГШ АН УССР,1987, с.93...95.

6. Евко В.М. "Модифицирующая обработка никель-марганцовистых чугуноз

для повышения их пластических свойств" в сб. "Суспензионное и композиционное литье" Киев, ИПЛ АН УССР, 1988, с. 100.'..102.

7. Евко В.!.)., Застивец Г.И., Зеленый Б.Г. "Особенности производства 1 тонкостенных деталей для электрооборудования"« в кн.- "Экономия металла в литерном производстве" Ниев, ИШ1 АН УССР, 1982, с.87..91.

8. Евко В.М. "Влияние структуры на виброакустические свойства ауото-' ниткых чугунов" в кн. "Высокопрочные и легированные чугуны" Киев,

' ИПЛ-АН Украины, 1992 (в Печати). ■ .9. Евко В.'М. "Магнитный аустенитный высокопрочный чугун для специальных электрических машин",Москва, .Инф'ормэлёктро, 1990, 2 п.л. По теме диссертации.получены авторские свидетельства: .A.C. № 1342040, ¿публиковано 7.С6.Я7 ...

-. ' A.C. I478I75, опубликовано 8;01,89