Исследование технологии легирования и модифицирования серых чугунов, работающих в условиях ударно-фрикционного износа
абец1, a, арков1, b
1 Алтайский государственный технический университет им. , 656038, г. Барна.
a 
https://orcid. org/0000-0003-0304-4407, 
*****@***ru, b 
https://orcid. org/0000-0002-3101-9711, 
*****@***ru
ИНФОРМАЦИЯ О СТАТЬЕ
УДК 669.15-196.55
История статьи:
Поступила: 05.03.2018
Рецензирование:
Принята к печати:
Доступно онлайн:
Ключевые слова:
Легирование и модифицирование чугуна,
Ударно-фрикционный износ,
Износостойкость,
Мартенсит,
Легирование никелем,
Легирование молибденом,
Износостойкий чугун,
Графит.
АННОТАЦИЯ
Цель данного исследования заключается в установлении зависимостей влияния различных модификаторов на эксплуатационные свойства серого чугуна работающего в условиях ударно-фрикционного износа. В ходе выполнения исследования удалось установить влияние концентрации легирующих элементов никеля и молибдена на механические свойства разработанного чугуна. Установлено что применение комплексных модификаторов способствует формированию более равномерных графитных включений, что способствует увеличению прочности сплава. Применение технологии легирования совместно с модифицированием способствует образованию мартенсита в структуре серого износостойкого чугуна.
Для цитирования: , Исследование технологии легирования и модифицирования серых чугунов, работающих в условиях ударно-фрикционного износа / // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). – 2017. – № 3 (76). – С. 30–50. – doi: 10.17212/1994-6309-2017-3-30-50.
*Адрес для переписки
, инженер НИС
Алтайский государственный технический университет
им. , 656038, г. Барна
Тел.: 89635332000, e-mail: *****@***ru
Введение
В современных условиях развития машиностроение остро стоит вопрос надежности и долговечности узлов, работающих в сложных условиях эксплуатации. Детали тормозных систем, рабочие части горнодобывающих и рудоперерабатывающих машин, детали тележек грузовых вагонов должны обеспечивать высокую надежность, как при воздействии ударных нагрузок, то есть иметь высокие механические свойства так и обеспечивать высокую износостойкость в различном диапазоне температур.
В качестве недорогих и эффективных материалов для такого вида деталей могут применяться антифрикционные или серые чугуны. Высокие эксплуатационные показатели чугуна могут быть обеспечены при формировании ферритно-перлитной структуры, содержащей графитные структурные составляющие равномерного распределения. Одним из наиболее эффективных способов ее получения является комплексное легирование и модифицирование. В качестве легирующих элементов могут применяться ванадий, молибден, никель, хром, кремний, фосфор и др. В составе модификаторов применяют кремний, марганец, стронций, барий и др. [1-3].
Основное влияние на механические и антифрикционные свойства чугунов влияют количество и форма распределения графита в структуре. При работе чугуна в условиях ударно-фрикционного износа графит играет двойную роль, с одной стороны является непрочной составляющей и может выступать концентратором зарождения трещины, а с другой стороны, углерод в виде графита играет роль твердой смазки, что способствует уменьшению сопротивления силам трения. Так же графит путем заполнения мелких пор выравнивает удельные нагрузки, действующие на трущихся поверхностях деталей.
Для обеспечения требуемых механических свойств деталей основное значение в структурообразовании серого чугуна, определяет соотношение графитизирующих элементов (углерода и кремния). Исследования показывают, что лучшие результаты обеспечивает содержания углерода до 3,4 % и кремния до 1,6 %, тогда как увеличение этого содержания выше указанных пределов приводит к снижению эвтектичности чугуна [4].
Методика исследований
Для исследования влияния легирования серых чугунов на их эксплуатационные параметры были получены экспериментальные образцы чугуна с различным сочетанием легирующих и модифицирующих элементов и оценены их физико-механические свойства. Эксперименты проводили в лабораторных и производственных условиях сталелитейный завод» (г. Барнаул). Основные требования к получаемому путем легирования и модифицирования износостойкому чугуну – относительно низкая себестоимость за счет снижения концентрации дорогих легирующих элементов. При этом механические свойства разрабатываемого материала должны быть достаточно высокими для возможности работы в условиях ударно-фрикционного износа (временное сопротивление при растяжении: не менее 350 МПа, твердость: 250- 300 HB). Анализ существующих технологий получения износостойких антифрикционных чугунов показал, что имеется зависимость роста механических и прочностных свойств с увеличением процентного содержания никеля, молибдена [2, 5].
Для проведения исследования было изготовлено по 30 экспериментальных образцов чугуна ЧМН-35М с различной концентрацией никеля и молибдена. Исходный химический состав чугуна ЧМН-35М представлен в Таблице 1. Основное применение чугуна - изготовление деталей тележки грузового вагона, работающих условиях ударно-фрикционного износа. Согласно техническим условиям на серый чугун ЧМН-35М (ТУ 0812-001-10036140-2014) [5], содержание никеля в чугуне должно составлять от 0,5 до 0,8 %, твердость в данном диапазоне находится в пределах 296-300 HB (рисунок 1). Содержание содержания никеля ниже предела по ТУ влияет на снижение твердости, легирование выше установленного предела не оказывает существенного влияния на твердость [6].
Таблица 1
Химический состав чугуна марки ЧМН-35М
Марка чугуна | Массовая доля элементов, % Fe – остальное | ||||||||
С | Si | Mn | Мо | Ni | Сr | Cu | P | S | |
не более | |||||||||
ЧМН-35М | 2,5ч2,9 | 1,3ч1,5 | 0,7ч1,0 | 0,6ч0,9 | 0,5ч0,8 | ≤0,3 | ≤0,3 | ≤0,2 | ≤0,1 |
Исследования прочности показывают, что временное сопротивление при растяжении в пределах никеля от 0,5 до 0,8 %, составляет 368-380 МПа, что удовлетворяет требованиям ТУ на материал. Аналогично твердости содержание никеля менее 0,5% снижет механические свойства чугуна, а увеличение концентрации выше 0,8% не приводит к дальнейшему росту прочности (рисунок 2).
|
|
Рис. 1 – Влияние никеля на твердость чугуна ЧМН-35М | Рис. 2 – Влияние никеля на временное сопротивление при растяжении чугуна ЧМН-35М |
Содержание молибдена по ТУ в ЧМН-35М должно находится в пределах от 0,6 до 0,9%, при данной концентрации твердость составляет 298-303 НB. Уменьшение концентрации приводит к существенному снижению твердости (рисунок 2). Увеличение концентрации молибдена более 0,9% приводит к повышению твердости более 300 НB, что не допустимо техническими условиями на материал [7-8].
Временное сопротивление при растяжении в указанных пределах по молибдену составляет 378-385 МПа, что удовлетворяет требованиям ТУ. При снижении концентрации молибдена наблюдается снижение значений механических свойств (рисунок 4). При увеличении концентрации молибдена более 0,9 временное сопротивление при растяжении сильно уменьшается, это происходит из-за увеличения твердости.
Исследование микроструктуры чугуна проводилось в соответствии с ГОСТ 3443 на микроскопе Niкon Eclipsе MA200 методом сравнения с эталонными шкалами. Форму, размер, распределение и площадь графитных включений определяли при увеличении 100 крат на нетравленом шлифе. Тип металлической основы чугуна и дисперсность перлита определяли после травления в 4% спиртовом растворе азотной кислоты при увеличении 500 крат.
|
|
Рис. 3 – Влияние молибдена на твердость чугуна ЧМН-35М | Рис. 4 – Влияние молибдена на временное сопротивление при растяжении чугуна ЧМН-35М |
Форма и длина графитовых включений в исследованных образцах одинаковая. Включения графита пластинчатые завихренные, длиной 45-90 мкм. Распределение графитовых включений различно [9-10]. Преобладает равномерное распределение с микроучастками неравномерного так же встречается распределение графитовых включений междендритное пластинчатое с участками неоднородного (рисунки 5).Металлическая основа исследованных сечений одинаковая – перлитная, доля феррита составляет от 15 до 20% (Рисунок 6).
|
|
Рис. 5 - Неравномерное и междендритное пластинчатое распределение графита | Рис. 6 - Распределение перлита и феррита |
После анализа результатов дальнейшую работу над материалом, дополнили работой на улучшение полученных результатов механических свойств и улучшения структуры чугуна, применяя различные комплексные модификаторы [11].
На основании проведенного анализа были выбраны следующие модификаторы: Z-GRAPH®Т и БСК-2.
Модификаторы этой группы, предназначены для графитизирующей обработки серого чугуна. Графитизирующая обработка заключается в введении в расплав чугуна активных химических элементов, способствующих образованию дополнительных центров кристаллизации графита. Под их воздействием измельчаются графитовые включения и, одновременно, увеличивается их количество, что приводит к повышению механических свойств чугуна [12-13].
Основное влияние на механические и служебные свойства чугуна с пластинчатым графитом оказывают форма, размеры и распределение графита, а также строение металлической основы. Поэтому модифицирование, позволяет повышать механические и служебные характеристики чугунов с пластинчатым графитом [14].
Основа материала - синтетический чугун ЧМН-35М легированный никелем и молибденом обработанный модификаторами Z-GRAPH®Т и БСК-2 для повышения механических свойств, снижения влияния отбела. Химический состав модификатора примененного при разработке материала представлен в таблицах 2 и 3.
Таблица 2
Химический состав модификатора Z-GRAPH®Т
Марка | Основные элементы, % по сертификату качества | ||||||
Si | Mn | Zr | Са | Ba | AL | Fe | |
Z-GRAPH®Т | 69,0 | 2,0 | 2,4 | 1,54 | 2,1 | 1,32 | остальное |
Отработка технологии модифицирования легированного чугуна ЧМН-35М для изготовления деталей, работающих условиях ударно-фрикционного износа, заключается в обработке, модификаторами Z-GRAPH®Т и БСК-2, для увеличения механических свойств и износостойкости.
Таблица 3
Химический состав модификатора БСК-2
Марка | Основные элементы, % по сертификату | ||||||||||
Si | Ba | Са | Sr | Mg | K | Na | Fe3 | Mn | AL | Ti | |
БСК-2 | 24,8 | 16,0 | 21,5 | 5,5 | 0,9 | 3,0 | 1,5 | 4,0 | 0,2 | 2,9 | 0,9 |
Химический состав и механические свойства полученных образцов представлены в таблице 4 и 5.
Таблица 4
Химический состав чугуна ЧМН-35М,
обработанного различными модификаторами.
Марка модификатора | Основные элементы химического состава, % | ||||||||||||
С | Si | Mn | Ва | Мо | Al | Zr | Ni | Са | Cr | Cu | S | P | |
ZGRAPH®Т | 2,53 | 1,45 | 0,67 | 0,005 | 0,72 | 0,007 | 0,01 | 0,63 | 0,002 | 0,069 | 0,01 | 0,047 | 0,025 |
БСК-2 | 2,65 | 1,34 | 0,54 | 0,007 | 0,74 | 0,007 | 0,01 | 0,65 | 0,03 | 0,03 | 0,01 | 0,03 | 0,01 |
ZGRAPH®Т+БСК-2 | 2,63 | 1,62 | 0,5 | 0,006 | 0,77 | 0,006 | 0,01 | 0,71 | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,03 | 0,02 |
Таблица 5
Механические свойства чугуна ЧМН-35М,
обработанного различными модификаторами
Марка модификатора | Твердость, HB | Временное сопротивление, МПа |
ZGRAPH®Т | 273-285 | 290-312 |
БСК-2 | 295-307 | 402-420 |
ZGRAPH®Т+ БСК-2 | 303-309 | 436-445 |
Наибольшей твердостью и временным сопротивлением на разрыв обладают образцы легированные молибденом и никелем с использованием смеси модификаторов ZGRAPH®Т и БСК-2. Временное сопротивление образцов полученного чугуна значительно превосходит величину временного сопротивления чугуна марки СЧ35 (более 350 МПа по ГОСТ 1412-85), что связано с микроструктурой полученного чугуна [15-17].
Структура чугуна содержит включения пластинчатого и завихренного графита равномерного распределения: ПГф1,ПГф2-ПГр1,ПГр3-ПГд90-ПГ10-Пт1-П85-ПД0,5-Ц2-Цп2000 (рисунок 7, а). Длина включений до 120 мкм в количестве до 12 % площади микрошлифа. Микроструктура износостойкого чугуна имеет феррито-перлитную (рисунок 7, б) металлическую основу с включениями мартенсита (рисунок 7, в), содержание перлита до 80 % с межпластинчатым расстоянием до 0,8 мкм, и около 15% занимает феррит (рисунок 7, б), насыщенный сеткой из отдельных карбидных включений, включения мартенсита в количестве до 5 % от площади микрошлифа [18-20].
|
|
|
Рис. 7 – Микроструктура: а) завихренная форма включений графита;
б) перлит и феррит; в) мартенсит и перлит
3. Результаты и их обсуждение
Установлено, что результатом модифицирования износостойкого чугуна ЧМН-35М происходит преобразование структуры сплава, сопровождающееся более равномерным распределением графитовых включений и повышением комплекса механических свойств материала. Модифицирование так же способствует образованию мартенсита в структуре чугуна, появление мартенсита положительно влияет на износостойкость и прочность.
Исследование влияния легирующих элементов в чугуне ЧМН-35М выявило зависимость влияние концентрации никеля и молибдена на твердость и механические свойства разработанного материала. При уменьшении концентрации никеля менее 0,5 % снижается твердость и предел прочности, при увеличении концентрации выше 0,8 % твердость и предел прочности существенно не изменяются. При уменьшении концентрации молибдена менее 0,6 % приводит к существенному понижению твердости и предела прочности, при концентрации более 0,9 % твердость повышается, а предел прочности резко уменьшается за счет увеличения твердости и образования карбидов молибдена.
Список литературы
Гиршович, и свойства чугуна в отливках
/ шович. – Днепропетровск : Машиностроение, 1996. – 562 с. Изменение структуры и свойств литого металла легированием в отливках из чугуна и стали / , , // Вісник Приазовського державного технічного університету. Технічні науки. - 2010. - № 21.- С. 61-66. Габец, влияния химического состава и структуры на механические свойства чугуна ЧМН-35М / , ,
// Материалы четвертой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» (Новосибирск, 28-31 марта 2017 г.). – Новосибирск, 2017. – С. 100-107. Belyakov A. I. Making spheroidal graphite cast iron by the LS-process / A. I.Belyakov, L. A.Petrov, V. V.Kaminskij, T. A.Akhunov, V. P.Ershov //Литейное производство. - 1997.- № 5. - С. 20-21. Чугун: пат. 2562554 Рос. Федерация / , ; заявитель и патентообладатель ООО "Алтайский сталелитейный завод". Заявка
; опубл. 12.08.2015. Тяжелая лигатура для получения высокопрочного чугуна / , // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 2. С. 3-5. Управление износостойкостью ответственных узлов и деталей подвижного состава : монография / [и др.]. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2016. – 213 с. Влияние модифицирования на структуру и свойства чугуна и стали для прокатных валков / , , // Литейщик России. -2011. -№ 12. - С. 15-17. Семенов, и структурные изменения в чугуне после модифицирования / , // Металлургия машиностроения. – 2006. – № 5. – С. 14–18. Особенности модифицирования различных типов железоуглеродистых сплавов / , , // Литье и металлургия.- 2015. -№ 2 (79). - С. 24-28. Габец, модифицированный чугун марки ЧМН-35М для тяжело нагруженных деталей тележки грузового вагона / ,
, // Тяжелое машиностроение. – 2016. – № 1-2. – С. 23-26. Boulifaa M. I. Effect of alloying elements on the mechanical behavior and wear of austempered ductile iron / M. I.Boulifaa, A. Hadji // Mechanics and Industry. - 2015. - Т. 16. - № 3. С. 304. , , Влияние ванадия, меди, алюминия на износостойкость и фрикционные свойства фосфористого чугуна для тормозных колодок. Вестник ВНИИЖТ. 1986, № 8, С. 40-42 Vijeesh V. Review of microstructure evolution in hypereutectic AL-SI alloys and its effect on wear properties / V. Vijeesh, K. N.Prabhu // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2014. - Т. 67. -№ 1. С. 1-18. Семенов, и структурные изменения в чугуне после модифицирования / , A. B. Чайкин // Металлургия машиностроения. 2006. – № 5. – С. 14–18. Zhi X. Effect of fluctuation and modification on microstructure and impact toughness of 20 WT.% CR hypereutectic white cast iron / X. Zhi, J. Xing, H. Fu, Y. Gao // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. - 2008. - Т. 39. № 6. - С. 391-393. Габец, эксплуатационных свойств деталей изготовленных из специального чугуна ЧМН-35М / , ,
// Ползуновский вестник. – 2016. – № 2. – С. 36-44. Hurey T. Increase of wear resistance of cast iron parts by surface hardening // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2016. - № 74. - С. 48-52. Xu T. Effect of re modification and heat treatment on formation and growth of thermal fatigue crack in wear resistant cast iron containing low alloy /T. Xu, C. Hu, D. Xie // Journal of Rare Earths. 2003. - Т. 21. № SUPPL.. - С. 202-205. Повышение износостойкости фрикционных деталей из серого чугуна / , , //Сталь. 2014. - № 1. - С. 66-68.
The technological investigation of alloying and modifying gray cast irons operating under conditions of shock-friction wear
Denis A. Gabets1, a, Andrei М. Markov1, b
1 Altai State Technical University, 656038, Russia, Barnaul, Lenina 46
a 
https://orcid. org/0000-0003-0304-4407, 
*****@***ru, b 
https://orcid. org/0000-0002-3101-9711, 
*****@***ru
ARTICLE INFO
Article history:
Received: 15 March 2018
Revised: (Дата указывается редакцией)
Accepted: (Дата указывается редакцией)
Available online: (Дата указывается редакцией)
Keywords
Alloying and modification of cast iron,
Shock-frictional wear,
Wear resistance, Martensit,
Alloying with nickel,
Alloying with molybdenum,
Wear resistant cast iron,
Graphite.
ABSTRACT
The main purpose of this technological investigation is establish the dependence of the influence of various modifiers on the operational properties of gray cast iron operating under conditions of shock-friction wear. In the course of the investigation, it was possible to establish the influence of the concentration of alloying elements of nickel and molybdenum on the mechanical properties of the developed cast iron. It is established that the using of complex modifiers promotes the formation of more uniform graphite inclusions, which contribute to the increase in the strength of the alloy. The using of alloying technology together with the modification promotes the formation of martensite in the structure of gray wear-resistant cast iron.
For citation: Gabets D. A, Markov A. M. The technological investigation of alloying and modifying gray cast irons operating under conditions of shock-friction wear. Obrabotka metallov (tekhnologiya, oborudovanie, instrumenty) = Metal Working and Material Science,
References
1. Girshovich, N. G. Kristallizacija i svojstva chuguna v otlivkah / N. G. Girshovich. – Dnepropetrovsk : Mashinostroenie, 1996. – 562 s.
2. Chigarev V. V. Izmenenie struktury i svojstv litogo metalla legirovaniem v otlivkah iz chuguna i stali / V. V.Chigarev, D. A.Rassohin, A. V.Loza // Vіsnik Priazovs'kogo derzhavnogo tehnіchnogo unіversitetu. Tehnіchnі nauki. - 2010. - № 21.- S. 61-66.
3. Gabec, D. A. Issledovanie vlijanija himicheskogo sostava i struktury na mehanicheskie svojstva chuguna ChMN-35M / D. A. Gabec, A. M. Markov,
A. V. Gabec // Materialy chetvertoj mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii «Aktual'nye problemy v mashinostroenii» (Novosibirsk, 28-31 marta 2017 g.). – Novosibirsk, 2017. – S. 100-107.
4. Belyakov A. I. Making spheroidal graphite cast iron by the LS-process / A. I.Belyakov, L. A.Petrov, V. V.Kaminskij, T. A.Akhunov, V. P.Ershov //Litejnoe proizvodstvo. - 1997.- № 5. - S. 20-21.
5. Chugun: pat. 2562554 Ros. Federacija / Gabec A. V., Gabec D. A.; zajavitel' i patentoobladatel' OOO "Altajskij stalelitejnyj zavod". Zajavka
№ 000 ot 08.05.2014; opubl. 12.08.2015.
6. Kornienko Je. N. Tjazhelaja ligatura dlja poluchenija vysokoprochnogo chuguna / Je. N.Kornienko, R. A.Bikulov // Zagotovitel'nye proizvodstva v mashinostroenii. 2009. № 2. S. 3-5.
7. Upravlenie iznosostojkost'ju otvetstvennyh uzlov i detalej podvizhnogo sostava : monografija / D. A. Gabec [i dr.]. – Barnaul : Izd-vo AltGTU, 2016. – 213 s.
8. Korovin V. A. Vlijanie modificirovanija na strukturu i svojstva chuguna i stali dlja prokatnyh valkov / V. A.Korovin, I. O.Leushin, R. N.Palavin, A. S.Kirov // Litejshhik Rossii. -2011. -№ 12. - S. 15-17.
9. Semenov, V. I. Fazovye i strukturnye izmenenija v chugune posle modificirovanija / V. I. Semenov, A. V. Chajkin // Metallurgija mashinostroenija. – 2006. – № 5. – S. 14–18.
10. Komarov O. S. Osobennosti modificirovanija razlichnyh tipov zhelezouglerodistyh splavov / O. S.Komarov, E. V.Rozenberg, N. I.Urbanovich // Lit'e i metallurgija.- 2015. -№ 2 (79). - S. 24-28.
11. Gabec, D. A. Special'nyj modificirovannyj chugun marki ChMN-35M dlja tjazhelo nagruzhennyh detalej telezhki gruzovogo vagona / D. A. Gabec, A. M. Markov, A. V. Gabec // Tjazheloe mashinostroenie. – 2016. – № 1-2. – S. 23-26.
12. Boulifaa M. I. Effect of alloying elements on the mechanical behavior and wear of austempered ductile iron / M. I.Boulifaa, A. Hadji // Mechanics and Industry. - 2015. - T. 16. - № 3. S. 304.
13. Larin T. V., Astashkevich B. M., Trankovskaja G. R. Vlijanie vanadija, medi, aljuminija na iznosostojkost' i frikcionnye svojstva fosforistogo chuguna dlja tormoznyh kolodok. Vestnik VNIIZhT. 1986, № 8, S. 40-42
14. Vijeesh V. Review of microstructure evolution in hypereutectic AL-SI alloys and its effect on wear properties / V. Vijeesh, K. N.Prabhu // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2014. - T. 67. -№ 1. S. 1-18.
15. Semenov, V. I. Fazovye i strukturnye izmenenija v chugune posle modificirovanija / V. I. Semenov, A. B. Chajkin // Metallurgija mashinostroenija. 2006. – № 5. – S. 14–18.
16. Zhi X. Effect of fluctuation and modification on microstructure and impact toughness of 20 WT.% CR hypereutectic white cast iron / X. Zhi, J. Xing, H. Fu, Y. Gao // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. - 2008. - T. 39. № 6. - S. 391-393.
17. Gabec, A. V. Modelirovanie jekspluatacionnyh svojstv detalej izgotovlennyh iz special'nogo chuguna ChMN-35M / A. V. Gabec, A. M. Markov,
D. A. Gabec // Polzunovskij vestnik. – 2016. – № 2. – S. 36-44.
18. Hurey T. Increase of wear resistance of cast iron parts by surface hardening // Vestnik Har'kovskogo nacional'nogo avtomobil'no-dorozhnogo universiteta. - 2016. - № 74. - S. 48-52.
19. Xu T. Effect of re modification and heat treatment on formation and growth of thermal fatigue crack in wear resistant cast iron containing low alloy /T. Xu, C. Hu, D. Xie // Journal of Rare Earths. 2003. - T. 21. № SUPPL.. - S. 202-205.
20. Borshh B. V. Povyshenie iznosostojkosti frikcionnyh detalej iz serogo chuguna / B. V.Borshh, A. V.Gabec, A. V.Suhov, G. A.Filippov //Stal'. 2014. - № 1. - S. 66-68.
Сведения для РИНЦ
Раздел МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ
1, 1
1 Алтайский государственный технический университет им. ,
пр. Ленина 46, г. Барнаул, 656038, Россия
ORCID: https://orcid. org/0000-0003-0304-4407, e-mail: *****@***ru
ORCID: https://orcid. org/0000-0002-3101-9711, e-mail: *****@***ru
Исследование технологии легирования и модифицирования серых чугунов, работающих в условиях ударно-фрикционного износа
Аннотация
Цель данного исследования заключается в установлении зависимостей влияния различных модификаторов на эксплуатационные свойства серого чугуна работающего в условиях ударно-фрикционного износа. В ходе выполнения исследования удалось установить влияние концентрации легирующих элементов никеля и молибдена на механические свойства разработанного чугуна. Установлено что применение комплексных модификаторов способствует формированию более равномерных графитных включений, что способствует увеличению прочности сплава. Применение технологии легирования совместно с модифицированием способствует образованию мартенсита в структуре серого износостойкого чугуна.
УДК 669.15-196.55
Ключевые слова:
легирование и модифицирование чугуна, ударно-фрикционный износ, износостойкость, мартенсит, легирование никелем, легирование молибденом, износостойкий чугун, графит.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Гиршович, и свойства чугуна в отливках
/ шович. – Днепропетровск : Машиностроение, 1996. – 562 с. Изменение структуры и свойств литого металла легированием в отливках из чугуна и стали / , , // Вісник Приазовського державного технічного університету. Технічні науки. - 2010. - № 21.- С. 61-66. Габец, влияния химического состава и структуры на механические свойства чугуна ЧМН-35М / , , // Материалы четвертой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы в машиностроении» (Новосибирск, 28-31 марта 2017 г.). – Новосибирск, 2017. – С. 100-107. Belyakov A. I. Making spheroidal graphite cast iron by the LS-process / A. I.Belyakov, L. A.Petrov, V. V.Kaminskij, T. A.Akhunov, V. P.Ershov //Литейное производство. - 1997.- № 5. - С. 20-21. Чугун: пат. 2562554 Рос. Федерация / , ; заявитель и патентообладатель ООО "Алтайский сталелитейный завод". Заявка ; опубл. 12.08.2015. Тяжелая лигатура для получения высокопрочного чугуна / , // Заготовительные производства в машиностроении. 2009. № 2. С. 3-5. Управление износостойкостью ответственных узлов и деталей подвижного состава : монография / [и др.]. – Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 2016. – 213 с. Влияние модифицирования на структуру и свойства чугуна и стали для прокатных валков / , , // Литейщик России. -2011. -№ 12. - С. 15-17. Семенов, и структурные изменения в чугуне после модифицирования / , // Металлургия машиностроения. – 2006. – № 5. – С. 14–18. Особенности модифицирования различных типов железоуглеродистых сплавов / , , // Литье и металлургия.- 2015. -№ 2 (79). - С. 24-28. Габец, модифицированный чугун марки ЧМН-35М для тяжело нагруженных деталей тележки грузового вагона / , , // Тяжелое машиностроение. – 2016. – № 1-2. – С. 23-26. Boulifaa M. I. Effect of alloying elements on the mechanical behavior and wear of austempered ductile iron / M. I.Boulifaa, A. Hadji // Mechanics and Industry. - 2015. - Т. 16. - № 3. С. 304. , , Влияние ванадия, меди, алюминия на износостойкость и фрикционные свойства фосфористого чугуна для тормозных колодок. Вестник ВНИИЖТ. 1986, № 8, С. 40-42 Vijeesh V. Review of microstructure evolution in hypereutectic AL-SI alloys and its effect on wear properties / V. Vijeesh, K. N.Prabhu // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2014. - Т. 67. -№ 1. С. 1-18. Семенов, и структурные изменения в чугуне после модифицирования / , A. B. Чайкин // Металлургия машиностроения. 2006. – № 5. – С. 14–18. Zhi X. Effect of fluctuation and modification on microstructure and impact toughness of 20 WT.% CR hypereutectic white cast iron / X. Zhi, J. Xing, H. Fu, Y. Gao // Materialwissenschaft und Werkstofftechnik. - 2008. - Т. 39. № 6. - С. 391-393. Габец, эксплуатационных свойств деталей изготовленных из специального чугуна ЧМН-35М / , , // Ползуновский вестник. – 2016. – № 2. – С. 36-44. Hurey T. Increase of wear resistance of cast iron parts by surface hardening // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2016. - № 74. - С. 48-52. Xu T. Effect of re modification and heat treatment on formation and growth of thermal fatigue crack in wear resistant cast iron containing low alloy /T. Xu, C. Hu, D. Xie // Journal of Rare Earths. 2003. - Т. 21. № SUPPL.. - С. 202-205. Повышение износостойкости фрикционных деталей из серого чугуна / , , //Сталь. 2014. - № 1. - С. 66-68.
Дата поступления: 15.03.2018
Раздел MATERIAL SCIENCE
1 Gabets Denis A.,1 Markov Andrei M.
1 Altai State Technical University, 656038, Barnaul, Lenina 46, Russian Federation.
Gabets D. A. ORCID: https://orcid. org/0000-0003-0304-4407, e-mail: *****@***ru
Markov A. M. ORCID: https://orcid. org/0000-0002-3101-9711, e-mail: *****@***ru
The technological investigation of alloying and modifying gray cast irons operating
under conditions of shock-friction wear
The main purpose of this technological investigation is establish the dependence of the influence of various modifiers on the operational properties of gray cast iron operating under conditions of shock-friction wear. In the course of the investigation, it was possible to establish the influence of the concentration of alloying elements of nickel and molybdenum on the mechanical properties of the developed cast iron. It is established that the using of complex modifiers promotes the formation of more uniform graphite inclusions, which contribute to the increase in the strength of the alloy. The using of alloying technology together with the modification promotes the formation of martensite in the structure of gray wear-resistant cast iron.
Keywords:
Alloying and modification of cast iron, shock-frictional wear, wear resistance, martensit, alloying with nickel, alloying with molybdenum, wear resistant cast iron, graphite.
