автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.01, диссертация на тему:Влияние ванадия и хрома на структурообразование и ударно-усталостную долговечность ковкого чугуна

РГ6 од

1 МОМШЗСКИП ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВТОМОБЙЛШО • ДОРОЖНЫЙ ИНСТИТУТ (ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

-Г&Э ШД И

-----—

Арнаутова Светлана Серафимовна

ШЛШШ шадня Л ХРОМА на сгттуроошзшшпяз

и шр!ю-устм0ст11ую долговечность ковкого чугуна

Специальность 05.02.01 - Материаловедение

в машиностроения ( проишаленнооть )

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических лаук

МОСКВА - 1993 Г.

Работа выполнена в Тульском государственном техническом университете

Научный руководитель - доктор технических наук,

^профессор |Фоминых Й.П.)

- доктор технических наук, - профессор Мокров Л.П.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор Йласов В.М.

- кандидат технических наук, •

I

профессор Струве Н.Э. Ведущее предприятие . - ПГОЕКШ, г.Тула

Защита состоится " &^^^ 1993 в ^часов на заседании специализированного совета Д u33.go.03 ВАК России в Московском автомобильно-доракном институте, 125829, Мооква," ГСП-47, Ленинградский-проспект, 64. .

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского автог/.облльно-дорожного института.

Автореферат разослан

3/" У^ЯЛ 1993 г.

7ченый секретарь специализированного совета

кандидат технических наук, доцент Потапов М.А.

ОЩАЯ ШАКГЕРЛСТ1!КА РАБОТЫ

Актуальность работы. Производство качественных лптих заготовок, среди которых доминирующее место занимает производство отливок из чугуна, суцествешго повитает надежность и долговечность изделлЛ.

При работе сельскохозяйственных маши, трпкоташшх н чулочных автоматов, автомобилей ряд деталей работают в условиях шо-гократно повторязхгахся ударких нагрузок. К такюд деталям относятся коленчатые вали, храповика и храповно коласа, распределительные ваЛн, кулачки, пальни каток зерноуборочних комбайнов, деталь "стремечко" чулочного автомата и другие. Для увеличения долговечности детален, работающие в условиях: ударшк Нагрузок, важно не столько повышение предела прочности, сколько усталостной прочности и особенно его способность противостоять многократно повтордащшеп ударкшд нагрузкам.

Ковкий чугун (КЧ), обладая высокими лнтейкими, механическими, эксплуатационными своЯсгваш, а такие малой чувствительностью к внешним нагрузкам, хорошей сопротивляемостью вибрационным нагрузкам и высокой стойкостью повторно-ударному нагруженшэ, широко используется для изготовления деталей, работающих в условиях многократных ударных нагрузок. Высокая стойкость к повторному удару ила ударно-усталостная долговечность связтааотся с особенностями его структуру. Графинов включение, поглощая дислокации, образугциеся на фронта растущей трещгш, слунит мощним барьером на пути ее продвижения. Поэтому наличие графитных включений выгодно отличает чугуны от отале? при воздействии повтор^ ного удара, резко увеличивая ire долговечность.

Материалом, более всего отвечак.цип требованиям эксплуатация в условиях многократно го удара, является перлитнкТ ковгшй чугун, особенно ценным виден перлитного ковкого чугуна является ковкий чу!7н с металлической основой зернистого перлита. Одним из способов получения перлитного ковкого чугуна является введение в состав чугуна специальных элементов, тормозящих гранитизацию эвтектоидяого цементита. Перспективными элемэнташ являются ванадий и хром.

Для витвления возможности использования легнроппшш ковкого чугуна .талыми добавками ванадия и хрома с цель» повгаетш его ударно-усталостной долговечности необходимо всестороннее нссле- ■

довйниэ процесса структурообразовачия и прочности ковкого чугуна , при шогократно повторяющемся ударно;.: нагрухенаи. Зто определяет актуальность работи, направленной на улучшение качества отливок, получао;лих кз ковкого' чугуна, легированного ьая-ушоы или хроиом. Лпссертацкя Посвязена разработке спгц.ча'ш-юго химического -состава КЧ, способствующего ^оршрованша б пэ;.: мэлкодисперсиой порлнт-ной структур;! с компактно;: Нормой гранита небольшого размера, требуемой для обеспечения зисоко.'; ударно-усталостной долговечности.

"иссертациоппая работа выполнена в Тульском государственно» техническом университете б соитвотствии с координационным планом 1Л1? (приказ Ш;гшуза СССР И 600 от 18.00.66) а является составной часть») направления.

Цель в • б о т ы.Целью данного исследования является разработка онтпиалвкого химического состава ковкого чугуна, дотированного ванадием или хромом, для обеспечения высокой удар-но-усгалостнон долговечности ц енсоких .иехакичоскзге свойств.

Автор зацищ а- е т.

- положение о воздействии лешрувдих элементов па 'структу-рообразование н свойства чугуна;

- механизм влияния отжига на механические свойства и удар-но-усталостнуи долговечность ковкого чугуна, взаимосвязь отаг свойств со стругауроЗ чугуна; .

- результаты исследования характера разрушения ковкого чугуна ври г.шого<:рагло--поЕТорящич-ся ударних нагрузках;

- рекомендации ло хклзчесному- составу ковких ч.угунов для . деталей, эксплуатирующихся ь условиях гоьторного удара,

О а я методика и с с л е д 0. в а и и я. Ра-' бота со4зркит теоретические и зкоасршлантальные исследования. Теоретические исследования вклкчаад в себя термодинамические расчеты химических реакции, протзкаяадо: в ¿щдком чугуне.' Исследование механических свойств включало: определение предела срочности и относительного удлинения ара растяжении, твердости и ударно-усталостной долговечности. Большая часть экспериментальных исследований выполнена металлографическим методом. Фазовый состав чугуна; параметры структуры и химический состав, определяли рентгеноструктурнш и рентгеносдектральным анализом. Ста- . ткетнческую обработку вкспериментальных данных выполняли с применением множественного регрессионного анализа,- Характер разру-

1 -1 тения и кипеигку развития трещигш изучали методом электронно-микроскопической ^рэктогра^ки. . .

Научная новина,

- показало влпяше присадоп легирующих элемэятсз на '"орми-рованяе матрицы п графлтпше включений ковкях тугунов;

- установлена бозмо.'отость получения ковких чугунов, легированных вапэдгге.м пли хромом, при суцествугапп: регамах от-лга;

• внявлено суиестгенное повшенке механических свойств и удартга-усталостной долговечности ковтжх чугуноп за счет полу^е-япя перлитной п порлятно-ферритяоП матрицы с равномерно распределенными грагуитнгт вютленпями компактной фэр'.м;

- разработан й эгпдаен авторскими свидетельствами химический состав ковкого чугуна, легированного ванадием, состав лигатуры для легирования чугуна ванадием,, разработан химлчес-сий состав ковкого чугуна, легированного хромом;

- впервые получены данные но ударно-усталостноЗ долговечности и живучести ковких чугупов, легирована!« ванадием и хромом, работающих при многократном ударном нагруженип. .

Практическая ценность и реализация результатов работы, Разработаны составы КЧ с оптимальным содержанием ванадия и хрома, обеспечивающие высокую конструктивную прочность изделия. Использование новых составов позволит в 2-3 раза повысить стойкость.деталей, работающих в условиях повторного удара. Окодаемый годовой экономический эффект от внедрения легированных ванадием и хромом КЧ ( а.с. 'Г916576, /'992603, .'.'1084329 ) в результате повышения долговечности деталей составит 90 гнс. руб.

Апробация работы. Материал« диссертации доложены и обсуздены на областной научно-технической конференции "Повкпвшге качества н эффективности использования металла в машиностроении"' (г.Тула, 1981 г.); на 7 научно-технической конференции Тульского высшего артиллерийского инженерного училища в 1989 г.; на научно-технических конференциях про^ессорско-прзпо-давательсяого состава Тульского политехнического института-в 1987, 1988 г.г.

Публикации. Основное результаты работн изложены в 4 публикациях, получено 3 авторских свидетельства на изобретение ( .'»16576, .'"992608, И084329). ' •

6

4

Структура к объем диссертации.

1иссер?аш101шая работа выполнена на 191 страницах н включает введение, четире главу, выводы; содержит 65 рисунков, 15 таблиц, 94 страниц печатного текста, список используемой литературы из 147 наименований и приложение на 12 страницах. • .

i. состояие вопроса

Критический анализ лихературн показал, что вопросы получэ- ' ния и структурообразовашш ¡рерритного ковкого чугуна полно осве-щекн г- работав лр:;;;;тала М.Л., Тнтенского З.Г., Тодорова Г'.П., Васильева Е.Л.Богач ова ¡1.4., Александрова П.П., Бунина К,П., Гпраювича II.Т., Тарана Ш1. I! др.. .

Легированно является одним из способов существенного улучшения комплекса свойств чугуна. Влияние легирующих присадок ка структурообразованке, кинотит/ 'грз'Тптизацяи и свойства КЧ показано в работах Бобро'В.Г., Гирюпича П.Г., Жукова Л.Л., Беро-, . ка А. В „настояиое время в производство ковкого чугуна находит' применение комплексы, содержащие гра£итпзирущие и хзрбидообрз-эувдце элемент«. Ишотся едшшчиш сведения о положительном действии карОвдообразувщих элементов и, в частности, Ванадия и хрома на механические, антифрпкиионние срд-.Готва, износостойкость легированного серого, ковкого и высокопрочного -чугуна. .В ряде работ отмечается отрицатсльпоо действие ванадия и хрома на гранитизация КЧ. Криштал М.А. и ТитенскиГ; Э.Г. 'рекомендуют проводить нейтрализацию среднего влияния хрома. Отсутствует ■ данные по-исследованию конструктивной прочности КЧ, легированного. ванадием пли хромой, с применением испытаний повторят •ми ударами. .

Цель работы и анализ состояния вопроса, определили следующие основные задачи:

- исследовать процесс- структурообразовзяяя и кинетику гра-_ фитизашт КЧ, легированного ванадием или хромом;

- методом испктанлй на повтории!': удар установить влияние ванадия и хрома на ударно-усталостную долговечность, взаимосвязь механических- свойств с удпрно-усгалос.тнсй долговечностью;

. ■- определить взаимосвязь мехашгчасгдх свойств и ударно-* устаюстнок долговечности со структурой металлической основы, Нормой и размерами грамотных вклхгаенпй;

- разработать химический состав 1С , легированного ванадием и хромой, обеспечивающий высокую ударно-усталостную долговечность. .

2. МАТЕРИАЛЫ И Г.ЕТОЕЖА ИССЛЕДОВАНИЯ

- Исследовали ковш:;' чугун д>п.:оксноЯ плавки (вагранка -электропечь) следующего состава: 2,5 - 2,8:? С ; I - Г,2:? $1 ; 0,4 - О.б^Мп; ив более 0,18^ ; 0,09? Р ; 0,05,1 Сь ; 0,019 - 0",025» /)Е , Легирование осуществляли феррохромом марки 5X001 А, лигатуре!*' для кое-лобо.4 обработки чу г/на (а.с.¡51081329). В КЧ, -легиропшний ваяадиеи, дополнительно иводвля ферросилиций ¿С 75. От;:аи' оСразцов проводили -но дейсгауадка 12-, 36- и 56-часовы.м ре:-жал!.

Характеристики механических сбоЯстг. КЧ определяли на раз-ртлзних образцах по ГОСТ 1215-79. Ударно-усталостную долговечность определяли на образцах 10x10x55 м (без надреза) на копрэ повторного удара ХПУ-2. *

Исследование фазового состава осуцестнляди ринтгенострук-турним анализом уа установке ДРОН-2. Распределение ванадия и хрома по с.аза-.* определяли методом рептгеноспектрального анализа на установке МАР-2. Металлографические исследования чугуна про- . водили из микроскопе ЭЙ 14, а такхо на.злзктронпом микроскопе УЗ.'ДЗ-ГООК. Тйрсктер разрушения у, кинетику развития усталостной трещина изучали методой электрояно-шкросколипос кой фрачтогра-£иа. Дяуонетркческий анализ структурна:: соагавляадих чугуиа выполняли на яркборе П.'.ГГ-З при нагрузке Р - 0,43 П. Термодинамический расчет проводи.га с цель::, изучения возкозкости нрото--ггглшя' хш.;ич5ских реакий при получении чугуна, ь'этодсм стуивяча-тих проб изучала ашеппоу хра^/гизации 'злого чугуна яря кзо-тершпеекп*: гыдерь'кях 650, 550, 1050

3. ДОВДЗ ВАНАДИЯ И ХРОЖ НА СТШЛУРООГРАЗОВАШШ КОЕГ.ОГО ЧУГУНА

Влияние каждого элемента на структурообразование и гранитизации чугуна прежде Есето проявляется в стабилизации цементита, а такгсе в подавлении или в сти/.ц лироаании зароздения и роста гра1игн\'х центров. Растворение данного элемента в аустените и цементите' связано с укзньшрпнем свободной энергии системы

(шш изобарного потенциала) и с увеличением энтропии. Расчет изобаршог.Потенциалов и логара&.юв констант равновесия реакций растворения У , , , ДС и Р . в интервала тем-

ператур 2°8 - 2000 К- показал возможность растворения элементов пр". высоких температурах (функция (Т) • ) меняет знак .

с положительного на. огрщагелышй. Растворимость ванадия и храма в цементите и у -хелозе зависит от тешературч и ах концентрации. • .■■•.•'•

Термодинамические расчет реакгет образования • карбидов ванадия и хро.ма показали, что ванадиЛ а хром слособни'-к карбндо-образовашгю в стандартных условиях. Учитывая способность элементов пчрбвдоофазоюямю ( ТЧ , Т , V/ , Мо , С^ , МП , Ре , М-, - в породив уменьшения) и ¿и количество, следует исключить образование карбидов Мп, в£ , $1- . "

Распределение ванадия- и хрома оценивалось-по коэффициенту . концентрации и коэффициенту распределения в «¿эй белого и 'ковкого чутунра • .

и - • 1ч1 г '

Хч' Хч ' Хо

Исследовали влия.шс крешия на мскфазовое перераспределение;ва- . кадия. 'Показано^ что в белом чугуне ванадий и хром преимущественно концентрируются в цементите. Неравномерность, распределения ванадия и. хрома ме^цу цементитом и форритом возрастает', по мера '• увеличения содержания "V" я С\ . Дополнительное' логироБанув••'■ чугуна кремнием повышает растворимость'вачадкя в цемоптнте.■

Б процеосе грайнтизирующйго отекга рроис^одит перераспределение вяяадяя' и хрома, связанное, глапнш образом,- о - распадом цементита, при это:.! ванадий и хром бользеЯ частью концентрируется в цементите. С увеличение;/! содер5;анкя крвмьтш -концентрация ■ ванадия в цементите несколько уменьшается. По сравнении с _<5олш . чугуном коэффициент концентрации ванздйя и хрош увеллчиваотоя в 2,5-2 раза. Рентгеасструктурлк.) анализом белого и ковкого чу-гунов'било установлено', что 'карбидная фаза представлена цементитом. Карбиды, ванади«? и хрома "как самостоятельные фаэц не обнаружены. .'Как известно однин из вашейяцх факторов, - определяющих сгруктурообразоваипь чугуна является химический-состав. Б йеле-гироиаияом чугуне основная роль в чгом принадлежит углероду и кремнию. Легирующие элементы оказывают значительное веяние на

характер фазовых превращений. Растворяясь в цемочтите ванадий и хром пови.иант его устоГгчивоотъ-. В исследуемом интервале концентрация 0,14-0,281 хром не оказывает заметного влияния на порвич- -лун структуру чугуна. Строение ледебуриттг: колони':, их диЭДе-решдировка и ячеистость одинаков!-', ïîpu впедении 0,18-0,63* ва~ ' надия пяблмдаотся постепенное ува.г.гиетас ргз.моров дендритом перлита п уменьшение количества и .протяженности гранат кг.р*вдноЗ фазы. Обычные или технологические прпиэси m оказнпопт заветного влияния на Форму и строение структурно состзплямлцих белого чугуна.

• • . Структуры, получпекгв в результате эвтектоидного превраао-ния, значительно завися? от скорости охлаждения я данном тштер-

■ вале и от устойчивости аусгонптд. Баиаги!! и хром увеличивают

■ устойчивость аустенита в области перлитного превращения зеледет-■ виз малэЗ скорости дн-т'Тузип легируется элементов в оустваите и

уменьшения скорости днКузш! углерода. Кроме того, ванадии и хром уменьшат скорость полиморфного превращения у . Су.м-

• парное деГ.ствие этих факторов приводит к подавления процесса

,- образования структурно свободного Феррита при распаде аустенита . в лепфоваяном ванадием и хромом чугуне. Интенсивно смещая вправо кривые изотермическою превращения аустенита, вследствие утлень— - пения критической скорости охлаждения, ванадия и хром в исследуемых количествах способствует получению более дисперсных перлят-, них структур, причем количество и степень дисперсности перлита возрастает с увеличением.содержания ванадия и хрома в чугуне.

Ванадий и хром, являясь карбидообразующими элементами, препятствует .гранитизации о интенсивностью, возраста;-аей с концентрацией. На основании комплекса экспериментальных данных сделан вывод о том, что ванадиЗ з количество 0,63£ и хром в количестве . 0,278? не лредятствуют грйфитагеции. Присутствие ванадия и хрома способствует образовании гра>пга более компактной форш ГФ 9; размеры. графита кх вклэтченй2 с увеличение;:! содеряания ванадия (от 0,03 до 0,631) или хрома (от 0Д42 до 0,2781) в чугуне уменьшается от Граз 90 до Г 45; уменьшается такта количество включений граната от Г 12 до Г G - Г 4.

Кинетику графггизацлл изучали на иодафвдирэваняих алтпга- ■ eu чугунах, Лэгировшшьк ванадием в количестве 0,18; 0,4; 0,631 (с повышенным содержанием кремния до 1,341) пли хромом в количестве 0,142; 0,192; 0,24-3; 0,2731. Процесс граентпзгтл во войх

ксслодоешпшх чугунах начинался при температуре 850 °С к изотермическая ведертеа при пот;пении температуры до 1050 °С приводит к полиог.у р".спаду эвтектического цементита. Полнота процесса, распада цементита белого чугуна, легированного ванадием или хромом, практически не зависит от таткинм стенки отливки. В. образцах, легированна хромом, цэпенти? полностью .исчезает нос--ле изотер-.нчоскоГ: вэдерхки при 1050 °С в точение 6 ч, в..образ- . ааг, логировштчх ванадием с содержанием 1,2% , далее после- -восьмичасовой выдержки при 1050 °С остается включения эвтектического цементита. Дополнительное введение кремния в чугун с-ванадием в количество 1,51; 1,71; 1,841 приводит к полной распаду цементита. . .; . . '

Таким образов, ванадий и хром в'указанных количествах «с препятствуют граа^'тнзшегл, пор.татизируот матрицу ковкого чугуна, умоньна:эг число .и раэмерн графитных включений, увеличивают дисперсность перлпта, способствуют получение однородной струн- 1 туры. ■ "

4. ИСаЩОВАЗШ ЖХАШЛЕСГОГС СВОЙСТВ- И УДАРЦО-УСТАИОСТНОЙ ■ ДОЛГОВЕЧНОСТИ КОВКИХ ТЛ7Н0В, ЛШЖШШ! ВАНАДИЕМ Й ХРОГ ГО*.!

'Механические свойства ковкого чугунс'., \-.l-лфованяого'ванадием и хроком, исследовались с целью определения оптимального' хишческого состава чугуна, а такас • рационального режима отиь га КЧ, обоспсчива-озда ннсокув конструктивов прочность при.достаточно простой и приемлемой для производственных условий тех-, нологш! его получения. С этой целью бьш; вштлавлёкн образцы из модифицированных аложшием ковких.чугунов: I - 2,78% С ; 1,20 ; 0,48 Мп ; 0,133'5 ; 0,026?! А£ с'различны;* содержа-, иием ванадия - 0.03& 0,18-; 0,4; 0,2782; 2 - -2$!% С.,'; 1,21% 51 ; •0,52:? Мп ; 0,14^5 ; 0,019,4 Я в ; с разлачнад'оддорканивм хрома - 0,142; 0,192; 0,246; 0,2761. . -■

Структура чугунов-, легированных ванадием или молибденом, • состоит из перлита, геррпта и гранита. По мора увеличения гана.- дня иди хрома количество перлита возрастает до Т195 у чугуна с . 0,631 Т и до- П85 у чугуна с-0,273* С г ; возрастает такие дисперсность перлита и .его макротвердость Н50 » 3500-3600 '.Ща. .

В соответствии с ыздеуказайншй .о/груктуриши провра;:;5ни®,и кэшитпя шханичоские свойства п ударно-усталостная додговеч-

ность (УУД), (табл. I, 2)'.

Таблица I

, • Механические свойства и ударно-усталостная долговечность КЧ ,с различнвд содержание?! хрома

• Содержание t'i

в- чугуне,* I

Механические спо;"'ств

pñ^'tla I ИВ} S; tj fr О ,734

j дэрпо-устачостная дол .¿вечность ( /V ) при моргни уда-

fi г =1.20

/у, =r,í

QTSOT 12 'Чдсов

0,142 0,192 0,245 0,278

■180 510 560 j 5Р0

Î7Q 190 197 207

7

G.5 G

5,5

27200 .34100 3530Ö . 40ООО

"8000 8400 I6OC0 131 СО

2000 1400 1700 1000

от~лг 05. часов

0,142 0,192 0,246 0,278

45£3 470 500 570

I5G 17? Í70 187

8,5

•G

Г*

(

6

30100. 42100 42000' 71300

7500 6500 ' 9400 10900

1800 3000 IC00 500

огч'.г ьь часов

0,142 0,102 0,246 о; 278

430 450 470 520

153 I5S 170 170

10 8 •8

В'

35300 55100 60000 EI2G0,

7500 6400 ■7300 7500.

1200 1200 1200 2600

Таблица 2

Механические своЯства л. ударно-усталостная долговечность К? с раэлггша содорг:лкпег: ванадия (1,511 S¿ )

Содержание - ■ Т „ в чугуне ,£»■ Механические свойстве! Ударно-узтзлостнзя долговой-1 ность С/ч') при энергии уда. . ' па, Т"\ ■ ■

p.hm а im ] - ó , % Л<=0,7е4] А г-1,28 íh =i,gg

' ï- J г . 3 ! . 4 ■ 5 1 5 1 7

^ отжив 12 .часов

0,03 0,18 Uo ! 156 j а { 26600 ' 460 • j Î70 j 6 j • 43700 3200 5100 .1100 2400 ■

Продолжение табл. 2

1 2 3 4 5 6 7 ■

' 0,4 540 180 5 57200 5200 £800.'

0,63 610 207 3 47300 2 ООО 1600

о таге 36 часов

0,03 400 137 *7 ! 30000 С400 1600

0,18 300 141 6 57200 ' 5300 1300 <

0,4 450 151 5,5 64300 7500 1400

0,63 470 170 '. 4,5 51700 7300 ПОО-

Прочность и твердость увелимтаготоя. в результате появления б структуре 'телкодисяерсного перлнтч, а тайуе за счет роста.его шкротвердости, пластичность при этом снижается незначительно.

Исследование ллялюга рохпиов от:шга на механические свойства и ударно-усталостную долговечность проводила на чу гул ах, " легированнкх хромом в количестве 0,142-0,270* и отоаженшгх в производственных условиях по трем режима;,'. (12, 36, 56'часов), и на чугунах, легпрэвгнних ванадием в количество 0,03-0,63". ври содержании кремния 1,51* и отохштих по дву.и режимам '(12, 35 часов) (табл. I, 2).- • - '

Установлено, что наибольшую прочность и твердость при удоВ' летворитолыюп пластичности имсат ковкие чугунн,' легированные ванадием или хромом, отожкоиние по 12 часовое рогаг.у; несколько пониженное - отоятечнке при режимах 32 и 56 ч. С увеличением дотирующей добавки прочность г. твердость таккэ увеличиваются. Накболызую ударно-устатостнуто долговечность имеет чугун с хромом (отжиг 50 ч) и чугун с ванадием (отжиг 36 ч) при энергии удара 0,784 Л«. Концентратгя ванадия и хрома существенно влияет на ударно-усталостную долговечность чугунов, особенно при мало." энергии удара (0,784 Д,т,). ■ '

Например, у чугуна с 0,4* У УУД в 2 раза, а у чугуна с 0,278,1 С г в 2,5 раза больше, чем у чугуиов с меньшим содержанием легирующей добавки (0,03 Т или 0,1421 С,1 ). Повышенная стойкость повторно-ударному «агрукетга чугуна с хромом после от;клга в течение 5С ч объясняется наличием в структуре значительного количества мелкодисперсного зернистого перлита и смешанно Г. структуре зернистого.и пластинчатого перлита у чугуна с

ванадием, отожкешюго за 36 ч. Перипетий и пластинчата!! перлит окруяапзт графитные включения, а следовательно, увеличивается вероятность того, что развинаэдиоск тро'дичы затормозятся в участках более прочно»! структурной составляемой, поэтому процесс распространения усталостно* трещгсп: протекает болео медленно. С уменьшением легирующей добавки наблюдается разрешение зерен цементита-, что приводит к умеикаонмд препятствий для движения дислокаций при де^ормпропалии чугуна, в результате УУД несколько понижается. .'

Поело отхига в течение 12 ч чугун с хромом и.чугун с пана-дизм имелт-структуру пластинчатого перлита с рагшомерно распределениями гра^ктнчш тигсчбишт?.ш. Такой чугун требует для ого деформации боверыения гораздо менькей работы, чем чугун с зер-нясгнм перлитом; Этим объясняется пониженная стойкость повторно-ударному иагругешго. С 'уменьшением содержания ванадия или хрома в.чугуне наряду с пластинчатнм перлитом наблюдается структура "бичьего глаза". 77Д такого чугуна .попивается ввиду того, что ■ трецшш возникают, в феррихио& отторочке, размеры которой увеличивается с уменьшением концентраций! логируюащх добавок, а следовательно,- шзшается скорость распространения треигшш.

УУД чугула с хромо!,1, отокже.шого в т.ечоииа 36 часов никэ УУД чугуна, отанжшюго по Вб-часойону рекнму, по вше УУД чу- ■ гуна, оточенного по 12-часовому рз;ш.у, что гдаю объяснить наличием смешанной структур'!. пластинчатого и зернистого перлита.

Таким образом видол'зяодопюё позволяет сделать шгаод о том, что с пейьи получения .високях покезателзй ударяо-усталостиоЙ долговечности, да^есообрвзцо применять 'чугуя, догкронаннкЛ ванадием е количестве 0,18-0,43 (от:шг 12, 32' ч) или хромом в количеству 0,142-0,2?81 (отаиг 12, 33, 56 ч).

' Взаимосвязь механиескщ свойств и ударно-устолосмоЗ долговечности вираяаатсй следующим образом: при одинаковой прочноо-ти наибольшая долговечность наблюдается при .наибольшей пластичности, „при одинаковой пластичности наибольшей прочности отво-чает накбольиая долговечность.

Общая долговечность ( /У ) содержит два периода: первый ( А/у ) — до образования трещин и второй•{ Л/г) - развитие трещины до разрушения образца. Установлено, что отношение АН/а/ болше у чугуяов о большим .пределом прочности, а отношение Мг/М увеличивается с ростом пластичности. Общая долговечность ( А/ )

растет с увеличением содержания ванадия и хрома в чугуне при всех энергиях удара, растут ташз лорподн , Л/у и ' Л/2 .

Вешо£ характеристикой служе&шх свойств материала, работающего при многократном ударном нагружении, является "кипучесть" , которая представляет собо"; про долхзггедьн ость работ гзделия при многократно повторяющейся ударной нагрузке от начала возникновения усталостной трезва? до разрушения и определяется количеством цшслоЬ назрукения от начата образования трещи-ни до кзлогш. Сацуэ высокую .'¿ивучесть кпеэт КЧ. со структурой зернистого перлита (например, чугукс 0,27йл Сг , отож;:ешшй эа 55 ч), а саму.5 низкую ^ерритниГ; (исходна") КЧ, Это объясняется присутствием иерлитпо." составляющей в структуре леГпровапшк. чугунов, а такч;: дисперсностью, формой, количеством и размерами карбидов. С увеличением 'оодерханпя ванадия и хрома дисиерсиость и ко.т.гчество перлита возрастает, следовательно возрастает к живучесть.

Развитие де^ормацш:, характер зарождения трогцши и механизм распространения трехщин в чухнах сзщеотзетю зависят от структуры металлпческоГ; основи, У (Т'кррптпих чугунов (исходный) трещина распространяется, г основном, по границам форрптннх зерен. У чугунов на- основе плаегткчатого перлита развитие треи^ши носит, главцш образом, транскрастагш.'тль'й характер. Наличие 'пер-литшге колоний в {¡г-ер'рито-перлшном КЧ наклад1шает свои особенности на его дефглмащюнну» способность. В перлитное участках заметной пластической де'ормашш не наблюдается, она носит ло-кальнп" характер и сосредотачивается в феррите. Поэтому в нзр-лито-феррцтяых чугунах трегана ргйвкеается в серрите. При не- • больших эяергш-г ударл грещи.ча раьь:: кается толь глас: тин цементита по ¡¿-.ерритнон составлк^пе":, а при болъгах эпертакх удара разрушение происходит как вдоль, так а поперек тастга цемзн-тита. -

' Разруиение КЧ при повторно-ударном нагружении носит уста-лостний характеров изломах КЧ с большим содержанием-перлита в структуре преобладают влвчоитц вязкого разрушения, что обусловливает более высокую-уд&рно-усталостчуа долговечность чугуна. Доля вязкого разрушения в изломе чугуна увеличивается при переходе от пластинчатого перлита к зернистому.

ошш выводы

1. Для повышения комплекса свойств КЧ поело грз^птизирую-щего огзадга предложено попользовать в качестве базового г.п. -риала белт'Д. чугун, легировалиvíí хромом или вцн^дпом о повышенным содержанием кремния.

2. Термод;йаыичэскп\-д расчета!.:;: установлено, что взладии и хром -.орошо растворяется в задком чугуне, в у -медезр и гомен-тиге, способствует стобшгояецкя юоиотттга и препятствует раелг»-. ду аустенпта.

3. Гентге;юстр;/ктурн".;1: ччрлиз белых и чор.шгс тугупов тюз' воляот учвердднть, что в процессе крз'.гталлнзацни и-струг.туреоб-

разованнн чугуна, дзгпрованного ванадием до 0,63* и xpoñort до 0,27с*, собствсншгх карбидов г.анодил и хром-з не образуется,

4. Выявлено, что распад цементита е белом чугуне, легиро-' ванном ванадием .или хромом, начинается при температуре Г-50 р0 (как и в исходном). {¿доге добавки-хрома яла вряодля при содер-.рлии кремния 1,51-1,8-1.», предогвракоя образование первичного гранита во'время охлаждения в ([орм-э, оказ»гвапт положительное влияние на граЯкткзацко при отяиге, уменьтдат mamas размера

■ отливки на процесс гря|:ш:эатев: белого чугуна," что обусловливает получение однородно": структур-: по всему сечснпд отливки.

5. ?онтте;шспектралып:м спатпоц установлено распределение ванадия и хрома в белых чугупаг. и .их перераспределение в пронес-' се откига. Отмечено повкчеиие концентрации ванадия и хрома в структурных составляя'«« КЧ, влияние кремния, неоднозначно: его добавка до 1,51-1,71"' потовпэт' раотроршюоть ванадия в цементите ¿елого..чугутга л уленьяаег содершпге гшгадпл в цементите -отокжнного чугуна.

6. Изучено. йяшшие ренинов оггага продолжительностью 12,

■ 36 и 56 ч на процесс гра^итизаикн. "алые дсбгвкл ванадия и хро- ' ма уменьшав? количество и размеры гра^лтпке толчений в ковком чугуне, а та"к:гл приводят к появлении в матрице яорльта. Отшг

в течение 12 ч способствует появлению в матрчше чугуна тестин-чатого перлита, 36-часово:'; огнлг - смеяаныоп структур1: пластинчатого и зернистого перлита, 'отгяг чугуна, дотированного хромом, продолмнтельноотьа 56 часов обеспэчпвоет по-шуо сферогдизоггду цементита перлита матрицы,

7. Изучены кеханичоокиэ свойства и у;---\\чо-;/стзт;>с?пая дол-

Г6

горочность.ковких чугунов, легированиях ванадием 0,031 - 0,63^ при оптимальном содержании кремния 1,51-1,711 или хромом 0,142-0,27С*. Наиболее вчсоппми прочностними свойствами обладает чуг5г"1!и, оютг.енние в течение 12 часов, что обусловлено по-вкшешшм содержанием мелкодисперсного-пластинчатого перлита и ушишв!1в<"л количества гра(1итн!гх включений по сравнопко с исход-' 1Ю чугуном. Паилучшей сопротивляемостьэ повторно-ударному' наг-г .• ру:"ешю облэдаит чугунп с ванадием или хромой, ото:г:;енние в течение 36 часов (чутуи с ванадием) и 36, 56 часов (чугун с хромо:.!). Так чугун с содержанием хрома 0,278,1 после 12-часового рекниа отжига вгдсрхпваот 40000 ударов до разрушения, после Зо-часоЕого - 713С-0 ударов, после рб-члсового - 61200 ударов , при одинаковой энергии удара А 0,784 Дк. Для получения макскмальних зпачецхй ударно-усталостно/, долговечности .желательно иметь повкэдешгуэ прочность и достаточную пластичность.

Б. Установлено, что обцая долговечность растет с увеличе-* нпем содержания ванадия или хрома в чугуне при всех энергиях ', удара. При этом абсологнне значения периода зарождения трещины ( А'/ ) и периода развития тре:чпны ( ЛУг. ) возрастает. Однако для чугунов с матрицей в виде пластинчатого перлита относительт ная доля N ■( в общей долговечности возрастает с увеличением легиру-оаеп добавки, а в чугуне с ос.чово- 3-р.:истого перлита относительные доли /V/ и приблизительно одинаковы, ■

9. Ковкий чугун, легировании" ванадием или хромом, обладает более внсокой кивучестью и надежностью в работе в сравнении с ферритным (исходным) чугуном. Самая низкая условная скорость' роста трещины наблюдается в чугунах с 0,278!? хрома или с 0,631 ванадия. '

10. При изследовании механизма разрушения чугуной при пов-торпо-ударном нагрукешш установлено, что гра$итное включение, поглощая дислокации, образушиеся на фронте растущей трещины, служит мощным барьером на пути ее продвижения. Распространяясь, в основном, по границам зерен трещина носит избирательный ха--рактер. Встречая на пути перлитни" участок, она обходит его, ■

' изменяя свое направление. Установлена связь характера разрушения со отруктуро'® чугуна. В перлито-£ерритнкх чугунах под действие:,г циклического нагрузения усталостная трещина зароздается в (¿еррите, перлит служит препятствием ускоренного развития тро-цшш. Б изломе образцов, разрушенных при повторно-ударном наг-

рушшн, имеются зоии усталостного и окончательного разрушения.

II. По КОМШКЛССУ СВОЙСТВ, измеренных при статкческом и Д!1-нашгассодл аагру:£ь;ти, чугуин, легарэвашше вача;;;:ем (а.с, !T9IG57ô, а. с. ГЕГЯ609) с использованием лигатур и для ковмовоГ! обрабопш(а.с. ПОВ4329) или хромом моьут соответствовать ковким чугуном леряктчого 'класса ,марок XI 50—1, К! 53-4, IM 60-3 и бит;, рекомендованы для изготовления кда деталей. (иальны уборочных мчгаш, "стремечко" чулочного автомата и другие), исастнказтях высоки о д'памкчз-л'иэ и'статические нагрузки. Апрэбапш колких чугупов предлагаема составов угозквает на йозмо-шость поучения оконошчрского э Некто в оуи а 20 тес. рублей в год (в пенах ТЭ;'1! г.).

СПИСОК ЯНЕРАТУРП

1. Арнаутова С.С., Арбатская Л,С, Мзхвиическис свойства ковкого чугуна, легированного »aitn.Ti.ucи/ ТулГГЛ. - Тула, Ï98I. - в о. -Дел. в ВИПКТП, 03.07.81, !! 1327,2, Арнаутова С.С., Арбатская Л.С., Фолпглнх И.П., Черкес 3,А. Влияние ванадия при различи!« рахимах отхига на структуру ковкого чугуна, применяемого в сельхозмашиностроении// Пути повеления качества и активности использования металла в кашичостроенши - Тула, ШЗГ. -- С.102-104. 3. A.c. Г16576 ССОР, .'.КГ3 С 22 С 37/08. Ковкий чугун/ С.С.Арнау-.тсва, Л.С.Арбатская; Л.П. .о'яик, 3.А.Черкес. Опубл.. 30.03.Б2. Бил. 12.

•1. А.с;, -592Г.0В СССР, '.Kl3 С 22 G 37/00. Кошслй чугун/ С.С.Арнаутова, IUI.So:¡иных, Л.С^Арбатская. Опубл. 30.01,63, Ел,т. N. 5. A.c. 10(343 29 СССР, ШГ3 С 22 С 35/00, Лвгагурз для коь-аовой обработки колкого чугуна'/ С.С.'Аризугозч, Л.С.Арбатская, З.АЛфкес, Л.В.Перегудоь, Опубл. 07.04.84, Бчч. ЛГЗ. S. Арнаутоьа С,С. Распределение ванадия и .кремния в .болт и ковки;: чугунах// Тез. докл. 7-л научно-технической конференции TÖAiiy. - Тула, 1969. - С. 32-33. ,7. Арнаутова С.С,, Покров А.П. Механические свойства ковкого чугуна с повышенным содержанием хрома/ ТулПИ. - Тула, 1992. -6 с. - Деп. в ВИШИ 14.05.92, J? 6108.