Управление структурой и свойствами белых чугунов с помощью пластической деформации и термической обработки

Управление структурой и свойствами белых чугунов с помощью пластической деформации и термической обработки

Управление структурой и свойствами белых чугунов с помощью пластической деформации и термической обработки

Миронова Т.М., Рудень Д.А.

Эксплуатационные свойства белых чугунов определяются количеством, размерами, морфологией и микротвердостью карбидов и металлической основы, их окружающей. Горячая деформация благотворно влияет на весь комплекс свойств белых чугунов за счет перераспределения эвтектических карбидов в металлической матрице (табл. 1).

Таблица 1 Механические свойства промышленного чугуна (табл.6.9).

Тем не менее, конечные свойства белых чугунов и особенно износостойкость, зависят от структурного состояния основы, окружающей карбиды. Металлическая основа должна максимально прочно удерживать карбиды в условиях того или иного вида нагружения, обеспечивать минимальные деформации, чтобы не допустить растрескивания и изнашивания карбидов [1,2].

Изделия из износостойких чугунов, работающие в самых разных условиях, такие, как прокатные валки, раскатные ролики и др., зачастую должны сочетать в себе конструктивную прочность, ударную вязкость и высокую твердость поверхности. Это достигается термической обработкой с индукционного нагрева, которая обеспечивает сочетание этих свойств для таких изделий как прокатные валки, ролики, пальцы гусеничных машин. Следует учитывать, что при использовании скоростного нагрева время аустенизации мало и от структуры предшествующей закалке зависят непосредственно и конечные свойства поверхностного слоя. Помимо этого способность изделий противостоять ударным нагрузкам зависит от структуры сердцевины, которая также формируется в процессе отжига перед закалкой.

В работе исследовали влияние режимов отжига на микроструктуру образцов, вырезанных из чугунного сортопроката Ø40, содержащего 2,7…3,2%С и суммарно 2….2,5% легирующих элементов Cr и V Тепловую обработку проводили по режимам двухступенчатого отжига. Температура первой ступени составила 950 ºС, 2 часа, на второй ступени образцы выдерживали при температурах 630 ºС, 700 ºС, 710 ºС, 720 ºС в течение 3 и 5 часов. Образцы также нагревали до 850 ºС, выдерживали 4 часа и охлаждали с печью, а также 860 ºС 2 часа, 680 ºС 3,5 часа зависит от режимов последеформационного отжига, предшедствующего закалке ( табл.2)

Для исходного строения матрицы характерны следующие типы структур:

а) мелкодисперсные равномерно распределенные карбиды (зернистый перлит); б) кристаллы вторичного цементита по границам аустенитных зерен и пластинчатый перлит; в) кристаллы вторичного цементита по границам аустенитных зерен в виде сплошной или прерывистой сетки и зернистый перлит; г) мелкодисперсные равноосные карбиды и участки тонкопластинчатого перлита. При образовании сфероидизированных карбидов затрудняется их растворение при нагреве под закалку, ухудшается закаливаемость и прокаливаемость.

Таблица 2 Влияние отжига на механические свойства чугунного проката Ø40

Значения критических точек деформированного чугуна определяли с помощью дилатометра DL-1500 RH-P при нагреве со скоростью 250º/мин - Ас₁ = 785 ºС и Ас₃ = 810 ºС.

Установлено, что критическая скорость охлаждения данного чугуна не превышает 50º/с и обеспечивается закалкой в масло.

Максимальные значения твердости у образцов, закаленных от температур 820 ºС и 860 ºС - 67…68 HRC_э (рис.1).

Изучена кинетика изменения твердости при отпуске чугуна закаленного от различных температур. При закалке от 860 и 900 ºС высокая твердость сохраняется при отпуске до 200 ºС в течение 2,5 часа. При низком отпуске стабильность закаленной структуры сохраняется более длительное время. Оптимальной можно считать температуру нагрева под закалку 860 ºС. Для уточнения оптимальной температуры низкого отпуска, закаленные от 860 ºС образцы отпускали при температурах 100, 125, 150, 175 и 200 ºС выдерживая при этом 90 минут, а затем определяли количество остаточного аустенита, твердость, электросопротивление и коэрцитивную силу( табл. 3)

Режим окончательной термической обработки корректируется требованиями, которые предъявляются к конкретным изделиям и зависят от условий их эксплуатации. На основании проведенных исследований разработаны технологические схемы изготовления изделий повышенной стойкости: валков холодной прокатки, пальцев траков гусеничных тракторов и роликов, которые применяются при раскатке электроискрового покрытия на внутренней поверхности труб. Благодаря разработанным индивидуальным режимам термической обработки стойкость этих деталей увеличилась не менее чем в 2,5...4 раза по сравнению с используемыми.

чугун карбид отжиг механический

Таблица 3 Механические свойства деформированного чугуна после закалки от 860 ºС и отпуска

Литература

1. Таран. Ю.Н. Бейнитное превращение в чугунах: структура, кинетика, свойства. / Ю.Н. Таран, А.Ю. Куцов, М.А. Ковзель // Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. научн.тр. - вып.26. - Днепропетровск, ПГАСиА. - 2004. - С.38-61.

. Куцова В.З. Формирование наноструктурной матрицы в высокохромистых чугунах путем термической обработки./ В.З. Куцова, Л.И.Маркашова, М.А. Ковзель, А.В. Кравченко //Строительство, материаловедение, машиностроение: сб. научн.тр. - вып.43. - Днепропетровск, ПГАСиА. - 2007. - С.229-236.

SUMMARY

of sparingly alloyed white cast iron subject to chipless shaping with total content of alloying ingredients not exceeding 2-2.5%, content of carbon being 2.7-3.2% were developed. Also annealing cycles and thermal treatment schedules to increase by factor of 2.5-4 wear-resistance of forming rolls made of deformable cast iron and used in cold rolling were developed. This also allows replacing an expensive alloy used for production of distributing rollers with cast iron.