Металлургия и материаловедение
Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов
Гасанли Р.К., кандидат технических наук, доцент Азербайджанского технического университета
ПОВЫШЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ ВЫСОКОПРОЧНОГО ЧУГУНА, ПРОИЗВОДИМОГО В КОКИЛЯХ
Рассмотрены пути повышения ударной вязкости высокопрочного чугуна с шаровидным графитом, производимого в металлических формах, посредством использования легирующих элементов. Установлено, что высокопрочный чугун с шаровидным графитом, отливаемый в металлические формы, легированный никелем и медью, можно рекомендовать для деталей запорных устройств, работающих в отрицательных температурах.
Ключевые слова: высокопрочный чугун, шаровидный графит, экономное легирование, металлическая форма, ударной вязкость термическая обработка, детали запорных устройств.
INCREASE OF IMPACT STRENGTH OF THE HIGH-STRENGTH PIG-IRON MADE IN METAL FORMS
Studying of impact strength of high-strength pig-iron with spherical graphite at low temperatures rather actually, in connection with the amplifying tendency of its application in the equipment of responsible appointment working in regions with negative climatic temperatures.
The purpose of the present work is increase of cold resistance of high-strength pig-iron with the spherical graphite, made in metal forms, by means of use of alloying elements, in particular copper and nickel. It is established, that high-strength pig-iron with the spherical graphite, cast in the metal forms, alloyed by nickel and copper in quantities, accordingly 1,0 and 0,5, it is possible to recommend for details of responsible appointment of latches working in conditions with negative climatic temperatures.
Keywords: high-strength pig-iron, spherical graphite, economical the alloyed, the metal form, cold resistance, thermal processing, details of latches.
Повышение некоторых механических свойств, в частности ударной вязкости высокопрочного чугуна с шаровидным графитом (ВЧШГ) при низких температурах весьма актуально, в связи с тенденцией его применения в оборудованиях ответственного назначения, работающих в регионах с отрицательными климатическими температурами [1,2].
Целью настоящей работы является повышение ударной вязкости ВЧШГ, производимого в металлических формах, посредством использования легирующих элементов, в частности никеля и меди, в количествах соответственно 1,0 и 0,5%. Выбор этих элементов связан с их эффективным положительным воздействием на структуру и физико-механические свойства чугуна [3,4].
В работе были испытаны образцы семи плавок чугуна, химический состав которых приведен в табл.1. Содержание фосфора во всех плавках составляло менее 0,1%, серы - 0,02%. Испытания на ударной вязкость проводились при температурах +20, -20, -40 и -600С. Результаты исследований приведены в табл.2.
Анализ результатов испытаний показывает, что металлическая основа является доминирующим фактором, определяющим величину ударной вязкости чугуна. Установлено, что показатель ударной вязкости чугуна с ферритной основой выше, чем у чугунов с ферритно-перлитной и перлитной основами (рис. 1). Это связано с тем, что при разрушении чугуна с
ферритной матрицей, имеющей значительный запас пластичности, происходит замедление скорости распространения трещины между включениями графита.
Таблица 1
Химический состав плавок чугунов
Номер плавки Содержание элементов, %
Ж Си Мн Ни Жу Мэ
1 3,33 2,85 0,45 - - 0,07
2 3,43 2,90 0,40 1,0 - 0,06
3 3,34 2,85 0,49 1,5 - 0,07
4 3,70 2,80 0,50 2,0 - 0,06
5 3,23 2,95 0,45 1,0 0,5 0,05
6 3,21 2,92 0,46 1,5 0,5 0,04
7 3,16 3,00 0,48 1,5 0,8 0,05
Таблица 2
Структура и механические свойства высокопрочного чугуна
Номер плавки Структура металлической основы чугуна Механические свойства Ударная вязкость, Дж/см
НВ 5,% Температура испытания, 0С
МПа +20 -20 -40 -60
ферритная 450 1560 14 107 85 66 39
1 ферритно -перлитная 495 1700 10 62 51 42 27
перлитная 580 2410 2,2 26 22 16 11
ферритная 520 1590 19 112 95 79 48
2 ферритно -перлитная 570 1670 13 102 81 64 37
перлитная 630 2350 3.7 40 31 23 15
ферритная 560 1760 15 116 98 82 50
3 ферритно -перлитная 590 1870 10 102 84 65 34
перлитная 700 2550 2,6 37 29 18 12
ферритная 580 1610 12 115 106 91 55
4 ферритно -перлитная 600 1920 10 102 88 69 34
перлитная 730 2630 2,9 36 28 16 11
ферритная 580 1800 15 141 115 106 69
5 ферритно -перлитная 620 2000 11 112 92 86 55
перлитная 720 2550 2,8 50 40 29 12
ферритная 490 1630 17 132 121 108 69
6 ферритно -перлитная 530 1700 13 126 113 96 53
перлитная 600 2400 2,3 46 33 28 14
ферритная 480 1620 17 130 118 105 67
7 ферритно -перлитная 520 1680 14 124 110 94 51
перлитная 580 2370 2,5 45 31 25 13
Кроме того, установлено, что вязкость ВЧШГ, полученного способом литья в кокиль, выше, чем у чугуна, полученного литьем в песчаную форму и термообработанного по аналогичному с кокильным чугуном режиму. Объяснить это можно значительно меньшей ликвацией по сечению отливки химических элементов, в первую очередь, кремния, и меньшей величиной эвтектического зерна у кокильных отливок, обусловленного их высокой скоростью затвердевания и охлаждения в кокиле. Это обусловлено и высокой плотностью ВЧШГ, полученного литьем в кокиль, наличием в его структуре дисперсных, равномерно распределенных включений графита шаровидной формы [3].
Рис.1. Влияние количества феррита в матрице ВЧШГ, легированного 1,0% Ni и 0,5% Cu
Более высокие показатели ударной вязкости легированных ВЧШГ, по сравнению с нелегированными объясняется повышением степени гомогенности структуры и уменьшением величины зерна при легировании и особенно такими элементами, как никель и медь.
Установлено, что ферритно-перлитный и перлитный чугуны, легированные медью и никелем имеют более высокие показатели ударной вязкости, чем нелегированный ВЧШГ с аналогичной структурой. Происходит это, в основном потому, что оба элементы содействуют образованию вокруг включений шаровидного графита ферритной оболочки с невысоким содержанием кремния, которая является своеобразным демпфером, тормозящим процесс распространения трещины [4].
Приведенные экспериментальные результаты на рис. 2 свидетельствуют о том, что наиболее интенсивное падение ударной вязкости с понижением температуры происходит у перлитных чугунов. Свойства ферритных и бейнитных чугунов изменяются в меньшей степени. В то же время хладостойкость ферритных и бейнитных чугунов одного и того же состава находится примерно на одном уровне.
КС, Дж/см2 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 12
0 -60 -40 -20 0 20 t,°C
Рис.2. Влияние температуры на хладостойкость ВЧШГ, легированного 1,0% Ni и 0,5% Cu
Установлено, что лучшие показатели ударной вязкости при - 600С обнаруживают чугун, легированного 2% N1. Однако чугун, легированный 1,0% N1 и 0,5%Си, также показывает достаточно высокий уровень свойств, что подтверждает правильность его выбора. Определено, что ВЧШГ с ферритной структурой охрупчивается при понижении температуры ниже -600С. Тип концентратора напряжений оказывает незначительное влияние на работу разрушения легированного ВЧШГ, а его наличие в полтора-два раза уменьшает ее. Установлено, что понижение температуры незначительно влияет на работу разрушения легированного ВЧШГ с перлитной структурой.
Заключение. Таким образом, экспериментально установлено, что ВЧШГ, легированный никелем и медью, соответственно 1,0 и 0,5%, может быть рекомендована для деталей ответственного назначения запорных устройств (крышка подшипника, крышка корпуса, седло, шибер и т.д.), работающих в условиях с отрицательными климатическими температурами.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гасанли Р.К. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Баку, Наука, 1998, 203 с.
2. Велиев Т.К. Высокопрочный чугун как материал деталей устьевого фонтанного оборудования. Дисс. канд. техн. наук. - Харьков,1986, 137с.
3. Дубров В.В. и др. Применение высокопрочного чугуна в арматуростроении. В кн. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Киев, Наукова думка, 2004, с. 78-81
4. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом. Теория, технология производства, свойства и применение / Под ред. М.В. Волощенко. Киев, Наука думка, 2004, 203с.
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.