автореферат диссертации по металлургии, 05.16.01, диссертация на тему:Разработка прочного износостойкого белого чугуна с пониженным содержанием хрома для прокатных валков

Российская Академия Наук ИНСТИТУТ МЕТАЛЛУРГИИ им. А.А.БАЙКОВА

На правах рукописи

Дроздова Екатерина Ивановна 1

РАЗРАБОТКА ПРОЧНОГО ИЗНОСОСТОЙКОГО БЕЛОГО ЧУГУНА С ПОНИЖЕННЫМ СОДЕРЖАНИЕМ ХРОМА ДЛЯ • ПРОКАТНЫХ БАЖОВ

Специальность: 05.16.01 - металловедение я термическая обработка металлов

Автореферат . диссертации иа соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва, 1993 г.

Работа выполнена в Институте металлургии им. А.А.БаЙкова

РАН.

Научный руководитель! академик РАН Банных О.А.

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки и техники д.т.н., профессор Бадош Ю.А.

д.т.н., профессор Мирзоян Г.С.

Ведущая организация: АО Электростальский завод тяжелого машиностроения

на заседании специализированного совета Д.003.15.03 цри Институте металлургии им. А.А.БаЙкова РАН по адресу: 117334, г.Москва, Ленинский пр., д. 49.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке инотитута.

Ваш отзыв на автореферат, заверенный печатью, просим выслать во адресу: 117334г Москва, Ленинский др., д. 49, ученому секретарю Специализированного совета

Зашита диссертации состоится

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного совета, д.?.н.

(В.Ы.Блинов)

Подо, к печ.^/у ¡О ЗаказОбъем I п.л. Тир. 100 экз.

Типография МГТУ им. Н.Э.Баумана

Актуальность работы определяется заменой дорогостоящих зысохохромистых и хромоникелевых чугунов белыми -чугуна-ми, экономнолегироЕанными хромо*; (до 10$) в качества материала для металлургического инструмента, такого как валки, оправки прокатных станов, ролики правильных машин, Повышение долговечности л снижение себестоимости металлургического инструмента является одной из важных проблем современной металлургии.

Для износостойких отливок в зарубежной я отечественной практике применяют белые высокохромистые (более 17$) чугуны: чугуны типа "Клаймкс" с содержанием 12-30$ Сг; сплавы Х14 и Х28 (ГОСТ 77-6982). При рекордной износостойкости в условиях абразивного износа эта группа чугунов имее? пониженную прочность в связи с большим объемом Карбидной фазы.

Вторую группу составляют износостойкие хрогдастяе чугуны с содержанием хрома до 2% и никеля до 4%. Эти чугунк широко применяют при отливке прокатных, мельничных и бумагоделательных валков. Они характеризуются неравномерной износостойкостью по сечешиа заготовки из-за частичной гранитизации. Опасность графитизации небольшого отбеленного слоя исключает также возможность применения термической обработки для улучшения структуры и свойств, -

Экономно легированные чугуны типа ЧХЗ с содержанием хрома до 2% и кремния до 3,8$ широко применяются для поршней а поршневых колец, однако их прочность и износостойкость низки из-за высокого содержания в их структуре грефи-? та.

Отмеченные недостатки по структуре к свойствам применяемых чугунов могут быть устранены путем оптимизации химического состава белых чугунов с содержанием хрома от 4 до 1СЙ. Уровень механических я технологических свойств таких чугунов зависит от содержания в них углерода я хрома, а также от режимов термической обработки я применения пластической деформации. В литература систематические исследования этой группы чугунов отсутствуют.

Целью работы являлась разработка состава износостойкого белого чугуна повышенной прочности к технология изготовления заготовок для прокатных валков и другого металлургического инструмента.

Для достижения этой цели поставлены следующие задачи:

1. Изучение влияния содержания и соотношения концентраций углерода и хрома на разовый состав, структуру и свойства белого чугуна.

2. Разработка режимов отжига белого чугуна с содержанием хрома до 10$, обеспечивающих повышение прочностных свойств и стабильность эксплуатационных свойств.

3. Оценка возможности использования пластической деформации для воздействия на структуру ледебурита белого чугуна оптимального состава.

4. На основе результатов исследований - разработка технологии изготовления металлургического инструмента из белого хромистого чугуна и промышленное опробование этого инструмента.

На защиту выкосятся:

Результаты исследования фазового состава, структуры и свойств сплавов, содержащих углерод от 2 до 2,8$. хрома от 4 до 10$, легированных Мо до 0,3$ и V до 0,23$, позволившие рекомендовать состав сплава с наилучшим комплексом механических и технологических свойств.

Данные изучения процессов растворения и коагуляции карбидных частиц, с использованием которых обоснованы параметры отжига для получения равномерно распределенных частиц карбидной фазы типа Мв3С со средним диаметром 0,5-0,6 мкм и составляющих 50$ от общего объема частиц карбидной фазы.

Результаты исследования зависимости прочностных свойств отливок от скорости кристаллизации, позволившие выявить наиболее эЗФективннй способ получения высокопрочных заготовок -

центробежное литье.

Обоснование целесообразности дополнительного сфероида зирущего отжига {нагрев до 840°С1 выдержка I час; охлаждение с печью до 790°С; охладдение до 650°С со скоростью ; далее охлаждение на воздухе) для центробежных отливок, полученных со скоростью кристаллизации 20°/мян„ •

Результаты изучения влияния пластической деформации на структуру ледебурита хромистого чугуна, показавшие,что протяжка на молото со степенью деформации 40% повышает его прочность на 35$ по сравнению с литым состоянием.

Научная новизна состоит в томи что:

- определено оптимальное соотношение С/Сг - 0,5, при котором обеспечивается формирование в структуре белого чугуна с содержанием хрома 5-6$ и молибдена О»2Ъ% мелкодисперсных частиц карбида Мэ^Сб' образующихся з процессе кристаллизации и при фазовых превращениях в твердом состоянии. Этот карбид, в котором растворяется хром, молибден, .адлазс и марганец, повышает показатели прочности чугуна вследствие измельчения литого зерна~зустенита и ледебуритной составляющей, а также обеспечивает длительную теплостойкость (НЕС 57 после 100-час. выдержка при 540°С) за счет сохранения диспврности частиц этого карбида;

- установлено, что с увеличением дислерности и равномерности распределения вторичных частиц карбидной фазы типа

6 МвдС повышается стабильность прочностных характеристик и износостойкость белого хромистого чугуна;

- обоснована необходимость дополнительного сфероидизи-руюцаго отжига отливок этого чугуна, полученных со скоростью кристаллизации выше 20°Л'^,для повышения эксплуатационных свойств и улучшения обрабатываемости резанием;

- разработаны параметры пластической деформации (протяжка на молоте), позволившие повысить уровень прочностных свойств на 35$.

Практическая ценность работы заключается в том, что:

- полученные экспериментальные данные дозволили разработать состав белого чугуна, который рекомендован для сменных деталей металлургического оборудования;

- разработана технология получения центробежно-дитых заготовок массой от 150 до 600 кг;

•• разработаны режимы отжига, обеспечивающего повышение стабильности эксплуатационных свойств для разных видов отливки;

- разработана технология протяжки отливок чугуна оптимального состава на молоте и режимы отжига после пластической деформации.

Результаты опытно-промышленного опробования показали перспективность применения разработанных соЬтавов белого чугуна в условиях горячего износа (для валков) и высоких контактных нагрузок {для проходных резцов).

Апробация работы. Основные результаты дисоертации докладывались наг

- конференции молодых ученых ИМЕТ и МИСиС "Новые процессы получения, обработки и методы исследования металлических материалов", 1989 г.

- Всесоюзной конференции "Структура и методы исследования легированных сталей", Киев, 1991.

Публикации. По теме диссертации имеется 3 публикации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка используемой литературы. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста, содержит 42 рисунка, 23 таблицы, список литературы из 128 наименований.

МАТЕКШ1 И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Для исследования были выбраны сплавы с содержанием

углерода в пределах от 2 до 2,в% и хрома ог4 до 10£ (табл. I). Изменение химического состава чугуков в указанных пределах позволило существенно влиять на структуру ледебурита.

Таблица I

Химический состав опытных сплавов ! Легирующие элементы

т сплавов ! ! С f Si ! Мп ¡ Сг ! Мо '| V

I 2,80 0,68 0,78 5,50 0,19 0,12

2 2,65 0,70 0,86 4,05 0,26 0,23

3 2,45 0,70 0,85 5,10 0,24 0,24

4 1,95 0,54 0,76 6,85 0,22 0,19

5 2,02 0,72 0,80 9,60 0,18 0,23

Небольшие добавки ванадия и молибдена вводили для повышения дисперсности и равномерности распределения харбадов. Содержание кремния и марганца ограничивали Выплавку проводили з лабораторной индукционной печи. Отливку осуществляли в земляные формы. Слитки имели вес 6 хгс<

Структуру и фазовый состав сплавов определяли после отжига, проведенного по рвжту, рекомендованному для хромистых чугунов: нагрев до 860°С, выдержка 8 часов, охлаждение до 720°, выдержка 2 часа далее охлавдекие на воздухе.

Количественные характеристики структурных составляющих определяли по фотографиям, полученным на оптическом микроскопе "Неофот-21и и на установке для микрорентгеноспектра-льного анализа "Камебакс" з режиме сканирующего микроскопа (при увеличении в 4000 раз).

Для идентификации карбидных фаз в белых чугунах,; легированных хромом до 105?, был применен метод электрохимического травления. По аноднолотенциодинамическим кривым (АПДК)

были установлены потенциалы избирательного травления специальных карбидов: ^023^6 " при потенциалах от 0 до + 80 мВ е нвусз - при потенциалах от +170 до +200 мВ. АПДК снимали не яотенциостате П-5848 в 40$-ком водном растворе №0Н о хлорсеребряным электродом сравнения. Тип карбидных фаз определяли также методами рентгеноструктурного анализа и электронной микроскопии.

Количественное определение остаточного аустенита проводили рентгеновским методом на дифрактометре ДРОН-2 и магнитным методом.

Для исследования механических свойств использовали испытания на изгиб пс трахточэчной схеме нагружения. Для испытания белах хромистых чугунов на изгиб при выполнении настоящей работы опытным путем был подобран образец квадратного сечения со стороной 10 мм без надреза длиной 55 ш, который показал наибольшую чувствительность к изменению количества а характера распределения структурных составлявших. По результатам испытания этих образцов строили зависимость биа„ от легирования к термической обработки сплавов.

Изучение поверхности изломов образцов проводили на растровом электронном мищюскопе 15!.!-35.

ВЛИЯНИЕ СООТНОШЕНИЯ УГЛЕРОДА И ХРОМ НА СТРУКТУРУ, ФАЗОВЫМ СОСТАВ И СВОЙСТВА БЕЛОГО ЧУГУНА

Изменяя соотношение между содержанием углерода и хрома, как основных элементов, определяющих структуру и фазовый состав белого хромистого чугуна, можно подучить сплавы с высокой прочностью к хорошими технологическими свойствами. В зависимости от соотношения углерода и хрома изменяется тип карбидов, что выявлено в результате электрохимического и рентгеносгруктурного анализа (табл. 2). Показало, что во всех сплавах присутствуют карбиды Ме3С и Ме23С6. В сплавах с соотношением С/Сг = 0,26 наряду с этими карбидами обнаружен также карбид Ме^Сд. По данным электронной мик-

роскопии установлено, '?то частицы карбида -''е^^б имеи- Раз_ моры от 0,03 мкм до 0,1 мкм и относительно равномерно распределены в объеме металла.

Таблица 2 базовый состав опытных сплавов после отжига 8601б)+72(?(2)

Ж сплавов (Содержание, вес, /о% | %С ! ! $Сг ! | ! Типы выделяемых карбидов !Потенциал !травления ¡специальных каоби-!дов

! С ! Сг ! !.

I ! 2 1 3 ! 4 : 5 ' 6 .

1 2,80 5,50 0,51 Ме С, Ке93С6 +15

2 2,65 4,05 0,65 Ме3С, Ме^^ О

3 2,45 5,10 0,48 МвдС, Ме2306 +20

4 1,95 6,85 0,29 Ме3С» Ме^^ +80

5 2,02 9,60 0,21 Ма3С, Ме23С6, Ме,£3 ч50;+200

6 2,58 9,75 0,26 Ме3С, Мв23С6, Ме^з +20;+170

7 3,28 5,16 0,63 Мо3С, -е23С6° Ме6° ~^00;+50

Наличие карбидов Мв^Сц и Ме^Сд изменяет морфологию ледебурита. Наиболее грубое строение цемектитннх колоний в ледебурите наблюдается у сплава I с высоким содержанием углерода, равным 2,8$. При содержании углерода 2,45$ и хрома 5,10$ заметно дробление и укорачивание пластин цементита, 15 что соответствует наличию в структуре большего количества карбида М02зС£- Увеличение содержания хрома до 9,6$ в сплаве 5 приводит к изменению строения эвтектических колоний - формируется эвтектика на базе карбида Ме^з с тонким строением пластин.

По величине параметра ликвации (соотношение между объёмной долей ледебурита в подприбыльной и донной частях слитка) сплав I с содэржанием углерода 2,8% и сплав 5 с содержанием хрома 9,6$ оказались наиболее склонны к карбидной ликва-

шш (таблица 3).

Таблица 3 Оценка ликвации сплавов

JWS

J Параметр карбидной ликвации3^ (параметр структуры**^

вов3 !-—-р-—->,——?--

j^-jw- -ff- Ид.ш-1^,™--1!

, . ; ff!

пп

■ 1 1 2 t—7~т 4 f 5 Т 6 -1-о- ! 7

I 35 42 1,20 4,56 2,25 0,49

2 32 35 1.П 5,93 2,67 0,45

3 31 32 1,04 8,75 7,25 0,82

4 29 30 1,02 6,75 ' 3,25 0,48

5 30 34 1,13 8,81 4.44 0,50

Содержание ледебурита в донной и подприбыльной частях слитка, %об.

jHt]

Число пересечений границ зерен аустенита и цементита, приходящихся на I мм длины секущей, мм-1

Наблюдается корреляция мажду параметром структуры (в том числе, количеством зерен аустенита и цементита на единицу длины секущей) и механическими свойствами. Наилучшие свойства обеспечивает сплав 3 с содержанием углерода 2,45$ и хрома 5,1%, для которого параметр структуры имеет максимальное значение.

Изменяя температуру аустенитизации, можно существенно изменить фазовый состав сплавов и, как следствие, изменить технологические и эксплуатационные свойства - закаливаемость и теплостойкость.

Все изученные сплавы после закалки i от температур в интервало 850-950°С обеспечивают твердость нв менее 66 ERC, за исключением сплава 5. Этот сплав с повышенным содержанием хрома из-за наличия тригонального карбида Me^Cg, темпера-

тура начала растворения которого лежит выше"Ю00°С, не обеспечивает указанной твердости» После закалки от температур вше 1000°С увеличивается количество остаточного аустенита во всех сплавах» что приводит к снижению твердости*

Количество остаточного аустенита после закалки от И00°С зависит от содержания углерода в чугуне, и при содержании углерода 2% количество остаточного аустенита составляет 55$, что на 10$ ниже, чем у остальных сплавов с более , высоким содержанием углерода.

Зависимости твердости и структуры сплавов от соотношения между содержанием углерода и хрома, закаленных при П00°С к отпущенных при 300°С (рисДГ) показывает, что остаточный аустенит не распадается*. После отпуска при 450°С в сплавах I и 2 наблюдается распад аустенита, что приводит к резкому росту твердости. После отпуска при 500°С максимум твердости наблюдается у сплавов 3, 4 и 5, причем абсолютные значения максимальной твердости выше, чем после отпуска при 450°С.

С увеличением содержания хрома в результате- отпуска при 450°С наблюдается снижение твердости,, т.к. хром замедляет процессы карбидообразования (рисЛД). После отпуска при 500°С малые количества хрома, однако, не могут активно препятствовать образованию и росту карбидных частиц,. Пик твердости соответствует средним концентрациям хрома. Высокое содержание хрома (сплав 5) обуславливает снижение твердости за счет сохранения некоторого количества остаточного аустенита. Очевидно, что скорость роста карбидных частиц, " выделяющихся при отпуске мартенсита, выше, чем частиц карбида, формирующихся непосредственно при распаде остаточного аустенита. Наиболее значительное влияние на изменение твердости при отпуске чугунов исследованных составов оказывает углерод (рис.И). После отпуска при температурах 300 и 450°С с ростом содержания углерода твердость увеличивается, так как увеличивается объемная доля карбидных частиц. После отпуска при 500°С с увеличением содержания углерода наблюдается тенденция к снижению твердости, так как интенсифицируется процесс роста карбидных частиц.

влияние шжрола и хрпиа

ш твЕщисть при ошш

шшшш ít швдепжшчьо дщге

ввшткт оимтаыщ БШОШШШ

о i/

ТТЛг

13 Л

а*

®«

А, я

000"

8§Q'

р i

№ 23 I? 3j¡ А

ze /0a¿r лидаы

закалка ©тг шавеиатмы тзй-h>moac

8 iß ip це

г г фа

в

S »^¿á 4 > г 2 я—,

sh- M %o* sotr fy

0 э 0

ra i

Г

ЗТ ДМ G 8 «3 02 ÎW 0.Б

: °/cr 1фхг

А Е

рис. L

При отпуске сплавов, закаленных после нагрева до 900°С (рис.1Б) с увеличением содержания хрома наблюдается снижение твердости, так как образуется карбид Ме^Сд. После отпуска при всех исследованных температурах твердость повышается с увеличением соотношения С/Сг (рис. I В).

Испытания на пзгаб показали, что мваду структурными составляющими сплава и значениями прочности существует зависимость. В сплавах 3, 4 л 5 с более тонким строением леде-буритной составляющей и мелкпм аустенитным зерном значения прочности максимальны. Онз: составляют 1200-1300 МПа для состояний отпущенного после закалки» а такке нормализованного, и примерно 1000 МПа в отоженнсм состоянии.

Грубое строение ледебуритной составляющей в сплавах I и 2 с повышенным содертанием углерода приводит к снижению прочности до 800-900 Ша,

Наилучшим комплексом свойств обладают чугуны с соотно-венаем между количеством углерода и хрома в пределах 0,26- 0,5 при содержания углерода 2-2,5* и хрома 5-¿%. Поэтому все дальнейшие исследования выполнялись в работе на металле составов, входящих в указанные пределы.

ВЛИЯНИЕ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ, ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ И СПОСОБА ОТЛИВКИ НА ПРОЧНОСТЬ БЕЛОГО ЧУГУНА

Структура доэвтоктических чугуноэ в значительной степе-Ш1 зависит от условий плавки, таких, например, как ее температура и продолжительность, и от последующей термической обработки.

С цель» получения структуры обеспечивающей оптимальное сочетание механических свойств и обрабатываемости резанием, то есть структуры, состоящей пз равномерно распределенных сферических частщ карбидной фазы типа Ме3С, изучено апая-¡шо температуры и длительности отетга.

Для исследования использованы три способа литья:

а) в треФосбразнузо сГорму, массой 12 кг (модельный сплав);

б) центробежный,массой 600 кг;

в) в земляную форму, массой 50 кг (с наиболее грубой

ледебуритной составляющей).

Соотношение весовых процентов углерода и хрома в этих сплавах было постоянным и составляло примерно 0,5 при содержании 2,3$С к 5-6$ Сг.

Бшш опробованы 7 режимов отжига, состоящие из двух ступеней нагрева и одной ступени охлаждения при температуре минимальной устойчивостг аустенитг 720°С (табл. 4).

Таблица 4 Режимы отжига модельного сплава

Ш !Температура нагрева при отжиге, °С ! Средний диаметр режи-! (время выдержки, час.) _! карбидных частиц,

мов ¡1 ступень! П студень 8 Е студень | 1004

I ? 2 I 3 ! 4 1 5

I 790(8) 860(6) 720(4) 0,40

2 790(8) 860(12) 720(8) 0,57

3 790(8) 860(6) 720(4) 0,52

4 790(8) 920(4) 720(4) 0,82

5 790(8) 920(2)+860(2) 720(4) 0,45

6 790(8) 980(2) 720(4) 1,08

7 790(8) 1020(2) 720(4) 2,40

Для первой ступени нагрева была выбрана температура,

близкая к А. сплава (790-800°С), при которой после отжига С1

в вакууме ужо за 8 часов достигается дробление пластины цементита. Изучение процессов "дробления" и коагуляции карбидов матрицы производилось на закерненных шлифах, отожженных в вакуумной печи в интервале температур 790-980°С с вы-

держками от 0,5 до 24 часов.

Размеры и объемная доля вторичных карбидов существенно зависят от термической обработки сплава. Изменение режимов отжига П-й ступени при повышении температуры аустенити-зации от 860 до 980°С существенно меняет характер выпадения вторичных карбидов: наряду с округлили частицами появляются выделения з сфрме пластин, причем их количество увеличивается с повышением температуры аустенитизации.

Наиболее равномерное распределение частиц карбидной фазы достигается после термообработки по режимам I и 5.

Однако, в структуре центробежно-литой заготовки, обработанной по оптимальным режимам, кроме сферических частиц наблюдались также и выделения пластинчатой формы. Причем при увеличении температуры аустенитизации количество пластинчатых частиц возрастает, что в значительной степени связано с ликваг^ей легирующих элементов в пределах зерен аустенита, развитию которой способствовала высокая скорость кристаллизации отливки. Для промышленного использования представлялось необходимым разработать режим дополнительного сфероидизирующего отжига (ДСО).

При дополнительном нагреве свыше А„ , а именно до

температуры 840-860°С, и закалки в воду наблюдалось наибольшее число нерастворпвшихся карбидов. Предложенный режим дополнительной термической обработки ДСО состоял из нагрева до температуры 840°С (выдержка I час), охлаждения с печью до 790°С и регламентированного охлаждения в интервале перлитного распада со скоростью 30°/час до температуры 650°С. Указанный дополнительный отжиг, проведенный после термической обработки по режимам I, 4 и 7 привел к полной сферодди-зации частиц карбидной фазы. Размеры карбидных частиц зависят от температуры, предшествующей аустенитизации. Наиболее высокая дисперсность и равномерность распределения карбидных частиц (свыше 50% частиц имеют -диаметр не болео 0,7 мм) соответствует температуре аустенитизации 860°С. Эта обработ-

ка обеспечивает также наименьший разброс результатов измерения прочности на изгиб и наилучшую износостойкость материала (табл. 5).

Таблица 5

Зависимость прочностных характеристик чугуна (сплав 3) от режима отжига

Ос

Спо-!

соб ! Температура отелга, у от- ! (время отжига, час) лив-! ки

!Раз-!Проч-(Стан~! Износ, !мер !но- !дарт-!Й£ к !кар-!сть !ное ¡износу !би- !на !откло!чутуна дов, ?изгиб!не1ше!СШХН-48

! бизг. ¿в»

! ! Ша ; Ша }

I

! 3

5

Б 790(8)+860(5)+720(4)

раз- 920(4) -"-

Ю20(2)-"-

0,40 П32 69

0,62 1078 30

0,82 993 87

2,40 2214 III

Цент— Р0- п

беж-ныС

860(6) +840(1) 0,70 1121 57 40

920(4) 0,97 ИЗО 72 48

1020(2) 1,43 1127 94 58

0,45 839 126 0,57 971 134 77 2,15 897 164

Прочность при изгибе, несмотря на то, что в структуре наблюдался большой разброс диаметра частиц вторичных карбидов, изменялась незначительно. Однако, необходимо также учитывать стабильность уровня прочностных свойств, которая являясь одной из важнейших характеристик материала инструмента, работающего в сложноналряженных условиях повышается при увеличении дисперсности и равномерности распределения их частиц вторичных карбидов Ме3С.

В зе- 860(6)

920(4)

?орму 1020(2)

Износостойкость, оцениваемая по потере веса при истирании на отразившее кругах, также возрастает с увеличением равномерности распределения карбидов. Износ образцов исследуемого чугуна сопоставлялся с износом стандартного широко применяемого для валков горячей прокатки чугуна СШХН-48. Как видно из таблицы 5, износ последнего существенно выше.

Прочность и износостойкость чугуна зависит от способа выплавки я отливки. Минимальный уровень прочности наблюдается после отливки в земляную форму, Что связано о получением более грубой структуры ледебурита, которая обуславливает повышение хрупкости чугуна.

Термическая обработка центробежно-литой заготовки по разработанному режиму снижает хрупкость и приводит к увеличению доли вязкой составляющей в изломе испытанных на изгиб образцов, что, в конечном итоге, способствует повышению прочностных свойств и износостойкости.

Значительного повышения прочностных свойств удалось достичь путем пластической деформации. В отличив от осадки на прессе, при которой морфология ледебурита практически не изменяется и разрушение наблюдается уже после осадки на 30$, пластическая деформация при протяжке на молоте обуславливает возможность изменения морфологии пластин цемента в ледебуритных колониях, которые изгибаются и дробятся. В результате изменения морфологии такого цементита после обжатия на молоте на 40$ и гомогенизирующего отжига получана структура, состоящая из изолированных кристаллов цементита, окруженных участками вязкой составляющей. При площади вязкой составляющей в изломе 35-40$ имело место повышение прочностных свойств сплава примерно на 35$, и прочность при изгибе составляла 1350 МПа.

ОПЫТНО-ПРО МЫ 1Ш1ЙШЕ ОПРОБОВАНИЕ БЕЛОГО ЧУГУНА

Из сплава оптимального состава были изготовлены 15 валков & 430 мм для 5-ти клетевого стана горячей продольной

прокатки. Валки изготавливали отливкой в кокильную форму. Обработанные по предложенному режиму отжига, обеспечивающему наилучшее сочетание прочности и износостойкости, валки с твердостью 32 НЙС показали увеличение стойкости на 45$ по сравнению со стойкостью валков, изготовленных из промышленного хромоникелевого сплава СШХН-48.

Отливкой в трефообразную форму из сплава оптимального состава были получены заготовки для режущего инструмента. После ковки на молоте по режиму, разработанному в данной работе и заключавшемуся в нагреве до "подсолидусной" температуры (П50°С) и выдержке 0,5 часа, последующей ковки при температуре Ю50°С и гомогенизирующего отжига из заготовок была изготовлена партия проходных резцов для грубой обдирки металла. Окончательная термообработка резцов состояла в закалке от П00°С и двойном отпуске. В рабочем состоянии резцы имели твердость 66 Н5С. Резцы испытывали в условиях горячего износа при высоких контактных нагрузках. Работоспособность резцов, изготовленных из чугуна оптимального состава, при точении цветных металлов (меда, алюминия и их сплавов) аналогична работоспособности резцов, изготовленных из стали Р6М5. Стандартные испытания на красностойкость также показали способность чугунных резцов сохранять твердость на уровне твердости стали Р6М5 после повторного нагрева до температуры 620°С в течение 4 часов.

Разработана также технология получения валков весом 150-600 кгс методом центробежного литья. Установлено, что для получения качественных литых заготовок необходимо сразу же после выдачи заготовки из литейной машины передавать ее на отжиг, т.е. проводить отжиг с "литейного нагрева", без промежуточного охлаждения до комнатной температуры. Необходимо выдерживать заготовки 10-12 часов при температуре 790-800°С, что позволяет избежать появления литейных трещин. Полный отжиг проводят по разработанным режимам для центро-бежно-литых заготовок.

выводы

1. Проведано систематическое исследование влияния способа выплавки, легирования, термической обработки и пластической деформации на структуру, фазовый состав, технологические и прочностные свойства белых чугунов, содержащих 2-2,85? углерода и 4-10$ хрома. Установлено, что при соотношении углерода и хрома С/Сг > 0,26 в литом сплаве формируется структура, состоящая из легированного цементита и равномерно распределенных по объему зерна дисперсных (0,03-0,1 мкм) частиц карбида Ма23С6, Карбиды Ме2зС6 приводят к измельчению аустенитного зерна и ледебуритной эвтектики, содержащей цементит. В сплавах, имеющих С/Сг =5 0,26, образуется эвтектика на основе, карбида Ме^Од и измельчаются зерно аустенита и составляющие эвтектики, однако, образование карбида Ме7С3 приводит к снижению закаливаемости и теплостойкости.

2. Показано, что наилучшее сочетание технологических

и эксплуатационных свойств (закаливаемость и теплостойкость) и прочностных свойств достигается у чугуна при содержании углерода 2-2,5$ и хрома 5-6$. Экономно легированный сплав типа 250X5 рекомендован в качестве материала металлообрабатывающего оборудования для работы в условиях активного износа' и значительных изгибающих нагрузок.

3. Установлены режимы отжига чугуна оптимального состава для получения однородной структуры с округлыми дисперсными (0,5-0,6 мкм) вторичными карбидными частицами МдС, обеспечивающей стабильность прочностных свойств. Даны рекомендации по термической обработке отливок разного типа: в земляную форму и в кокиль - трехступенчатый отжиг; 790°С -

- 8 час. + 920°С - 4 час. + 720°С - 4 час.г для центробеж-но-литых - трехступенчатый отжиг 790°С - 8 час. + 860°С -

- 6 чао. + 720°С - 4 час.; для повышения стабильности прочностных свойств и улучшения механообрабатываемости центро-бежно-литых заготовок рекомендован, дополнительный сфероиди-зирующий отжиг 840°С - I час; охлаждение с печью до 790°С;

охлаждение до 650°С со скоростью 30°/час с последующим охлаждением на воздухе.

4. Показана возможность улучшения структуры и повышения до 40$ прочностных свойств белого хромистого чугуна за счет применения протяжки на молоте, включающей нагрев сплава до П50°С - 0,5 час., с последующей протяжкой при температуре Ю50°С.

5. Изготовлена опытно-промышленная партия валков пяти-клетевого стана горячей продольной прокатки из сплава 250X5. Их испытания показали увеличение долговечности на 45$ по сравнению с валками из стандартного хромоникелевого чугуна СШХН-48.

6. Получена партия проходных кованых резцов из .чугуна 250X5, стойкость которых при черновой обработке алюмйния, меди и их сплавов не уступает стойкостп резцов из стали

Р6М5.

7. Для получения заготовок весом 150-600 кг из чугуна 250X5 без трещин и других дефектов, снижающих их качество разработана технология центробежного литья, включающая заливку в центробежную машину при температуре 1500°С, время охлаждения заготовки в кокиле 12 минут, посадка в печь с "литейного нагрева", выдержка 10 часов при температуре 790°С. • .

МАТЕИИЛЫ.ДИССЕРТАЦИИ ИЗЛОЖЕНЫ В. РАБОТАХ

1. Дроздова Е.И., Банных O.A. Повышение прочности высо-коуглародистих сталей..- Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Структура и методы исследования легированных сталей".-Киев, 1991. - С. 16-17.

2. Дроздова Е.И., Банных O.A., Морозова И.Г., Шайдули-на Х.К. Термическая обработка белых хромистых чугунов.-Деп. в АО Чермеинформация. 29.01.93. & 5926

3. Дроздова Е.И., Банных O.A., Морозова И.Г., ШаДцули-на Х.К. Влияние хрома на фазовый состав белых чугунов.-Деп. в АО Черметинформация 29.01.93. № 5927

а