Підвищення зносостійкості високоміцного чавуну

Abstract

Проблема. Високоміцний чавун з кулястим графітом все частіше використовують для важкота сере-дньонавантажених деталей машин, що працюють в умовах тертя та зношування. Забезпеченню необ-хідних властивостей заважає структурна й хімічна неоднорідність чавуну, що утворюється в процесі його виробництва. Властивості можна покращити термічною обробкою або легуванням, або легуван-ням та термічною обробкою. Мета – Дослідження впливу комплексного мікролегування на структуру та властивості високоміцних чавунів, вибір оптимального складу з достатньою міцністю та зносостій-кістю. Метод. Досліджені чавуни, модифіковані залізо-кремніймагнієвим сплавом, леговані різною кількістю нікелю та молібдену. Структура досліджена на металографічному та електронному мікрос-копах, розподіл елементів на рентгенівському спектральному мікроскопі-аналізаторі. Визначення зно-состійкості проводилось на машині тертя СМЦ-3. Отримані результати. Легування високоміцного ча-вуну нікелем та молібденом спочатку приводить до збільшення кількості високовуглецевої складової (перліта) в структурі, а потім навіть до появи троостита і бейніта в чавуні. Розташування троостита і бейніта по границям евтектичних зерен зумовлено розподілом основних елементів в матриці чавуну і значно збільшує міцність та зносостійкість чавуну. Максимальний знос чавуну 1 складає 0,719 г, а колодок – 0,362 г. Максимальний знос чавуну 2 складає 0,471 г, а колодок – 0,182 г. Максимальний знос чавуну 3 складає 0,210 г, а колодок – 0,090 г. Чавун 3 з найбільшою кількістю легуючих елементів (0,75% Ni, 0,58% Mo) має найбільшу зносостійкість. Найменшу зносостійкість має нелегований чавун 1. За рахунок зміни структури матриці та її відповідності принципу Шарпі комплексне мікролегування ні-келем та молібденом дозволяє значно підвищити зносостійкість високоміцних чавунів. Чавун з найбі-льшою кількістю легуючих елементів найменше зношується. Наукова новизна. Встановлення харак-теру розподілу хімічних елементів (кремнію, магнію, нікелю, молібдена) в матриці високоміцного чаву-ну і відповідних процесів структуроутворення. Крім того, утворення троостита і бейніта по границям евтектичних зерен в досліджених чавунах пояснюється перенасиченням цих границь нікелем та моліб-деном. Практичне значення. Визначений оптимальний склад чавуну. Зменшення зносу високоміцного чавуну не викликає відповідного збільшення зносу сполучених деталей.

Проблема. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом все чаще используют для тяжело- и средненагруженных деталей машин, работающих в условиях трения и износа. Обеспечению необходимых свойств препятствует структурная и химическая неоднородность чугуна, образующаяся в процессе его производства. Свойства могут быть улучшены термической обработкой или легированием, сочетанием легирования с термообработкой. Цель - Исследование влияния комплексного микролегирования на структуру и свойства высокопрочных чугунов, выбор оптимального состава с достаточной прочностью и износостойкостью. Метод. Исследуемые чугуны, модифицированные железо-кремниймагниевым сплавом, легированные разным количеством никеля и молибдена. Структура исследована на металлографическом и электронном микроскопах, распределение элементов на рентгеновском спектральном микроскопе-анализаторе. Определение износостойкости проводилось на машине трения СМЦ-3. Полученные результаты. Легирование высоккопрочного чугуна никелем и молибденом сначала приводит к увеличению количества высокоуглеродистой составляющей (перлита) в структуре, а затем даже к появлению троостита и бейнита в чугуне. Расположение троостита и бейнита по границам эвтектических зёрен обусловлено распределением основных элементов в матрице чугуна и значительно увеличивает прочность и износостойкость чугуна. Максимальный износ чугуна 1 составляет 0,719 г, а колодок – 0,362 г. Максимальный износ чугуна 2 составляет 0,471 г, а колодок - 0,182 г. Максимальный износ чугуна 3 составляет 0,210 г, а колодок – 0,090 г. Чугун 3 с наибольшим количеством легирующих элементов (0,75% Ni, 0,58% Mo) обладают наибольшей износостойкостью. Наименьшей износостойкостью обладает нелегированный чугун 1. За счет изменения структуры матрицы и ее соответствия принципу Шарпи сложное микролегирование никелем и молибденом позволяет значительно повысить износостойкость высокопрочных чугунов. Чугун с наибольшим количеством легирующих элементов наименее подвержен износу. Научная новизна. Установление характера распределения химических элементов (кремния, магния, никеля, молибдена) в матрице высокопрочного чугуна и соответствующих процессов структурообразования. В частности, образование троостита и бейнита по границам эвтектических зёрен в исследованных чугунах объясняется перенасыщением этих границ никелем и молибденом. Практическое значение. Определен оптимальный состав чугуна. Снижение износа высокопрочного чугуна не вызывает соответствующего увеличения износа сопряжённых деталей.

Problem. Ductile cast irons with spheroidal graphite are increasingly used for heavy and medium-loaded machine parts operating under conditions of friction and wear. Providing the necessary wear resistance is hampered by the structural and chemical heterogeneity of cast iron, which are formed in the process of its production. The properties can be improved by heat treatment or alloying, a combination of alloying with heat treatment. Goal - Investigation of the effect of complex microalloying on the structure and properties of highstrength cast irons, selection of the optimal composition with sufficient strength and wear resistance. Method. Used cast irons modified with iron-zo-silicon-magnesium alloy, alloyed with different amounts of nickel and molybdenum. The structure was investigated using metallographic and electron microscopes, the distribution of elements on a X-ray spectral microscope analyzer. Determination of wear resistance was carried out on a standard SMZ-2 friction machine. Results. Alloying ductile iron with nickel and molybdenum first leads to an increase in the amount of a high-carbon component (pearlite) in the structure, and then even to the appearance of troostite and bainite in cast iron. The location of troostite and bainite along the boundaries of eutectic grains is due to the distribution of the main elements in the cast iron matrix, and significantly increases the strength and wear resistance of cast iron. The maximum wear of cast iron 1 is 0.719 g, and the pads – 0.362 g. The maximum wear of cast iron 2 is 0.471 g, and the pads – 0.182 g. The maximum wear of cast iron 3 is 0.210 g, and the pads – 0.090 g. Cast iron 3 with the largest number of alloying elements (0.75% Ni, 0.58% Mo) have the highest wear resistance. The lowest wear resistance has undoped cast iron 1. Due to the change in the structure of the matrix and its compliance with the Charpy principle, the complex microalloying with nickel and molybdenum makes it possible to significantly increase the wear resistance of high-strength cast iron. Cast iron with the highest amount of alloying elements is the least susceptible to wear. Scientific novelty. Establishing the nature of the distribution of chemical elements (silicon, magnesium, nickel, molybdenum) in the matrix of high-strength cast iron and the corresponding processes of structure formation. In particular, the formation of troostite and bainite along the boundaries of eutectic grains in the studied cast irons is explained by the oversaturation of these boundaries with nickel and molybdenum. Practical significance. The optimal composition of cast iron is determined. Reducing the wear of high-strength cast iron does not cause a corresponding increase in wear of the connected parts.