ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

Введение. В современных условиях развития промышленности эффективным методом повышения эксплуатационной надежности серых чугунов, работающих в сложных режимах ударно-фрикционного износа, является их комплексное легирование. Применение технологии легировании позволяет добиться значительного увеличения механических свойств за счет изменения структуры и характера распределения графита в чугуне. Цель данного исследования заключается в установлении зависимостей влияния легирующих элементов на эксплуатационные свойства серого чугуна, работающего в условиях ударно-фрикционного износа. Методы исследования. В статье представлен процесс изготовления чугуна с применением технологии легирования. Исследована микроструктура и механические свойства разработанного чугуна ЧМН-35М. Проведены фрактографические исследования поверхности после испытаний чугуна на ударный изгиб. Определение износостойкости проводили на специально изготовленных образцах методом сравнения весового износа со стандартными материалами. Результаты и обсуждения. В ходе выполнения исследования удалось установить влияние концентрации добавок никеля и молибдена на механические свойства разработанного чугуна. Выявлено, что легирование серого чугуна никелем от 0,5 до 0,8 % и молибденом от 0,6 до 0,9 % является оптимальным и приводит к увеличению механических свойств и твердости в пределах допустимых отраслевыми стандартами. Так, предел прочности разработанного износостойкого чугуна составляет от 395 до 450 МПа, а твердость находится в пределах от 276 до 318 HB. Установлено, что применение технологии легирования способствует формированию структуры с более равномерным распределением графитных включений, что способствует увеличению величины предела прочности сплава в условиях одноосного статического растяжения. Проведен анализ результатов фрактографических динамических разрушенных образцов, механизм разрушения серийного и легированного чугуна одинаков, разрушение образцов происходит по хрупкому типу с явным преобладанием межзеренного разрушения, поверхность разрушения в легированном чугуне однороднее. Трибологические исследования разработанного материала показывают, что износостойкость легированного чугуна выше серийного СЧ35 на 50 %.

1. Гиршович Н.Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. – М.: Машиностроение, 1966. – 562 с.

2. Чигарев В.В., Рассохин Д.А., Лоза А.В. Изменение структуры и свойств литого металла легированием в отливках из чугуна и стали // Вісник Приазовського державного технічного університету. Серiя: Технічні науки. – 2010. – Вiп. 21. – С. 61–66.

3. Габец Д.А., Марков А.М., Габец А.В. Исследование влияния химического состава и структуры на механические свойства чугуна ЧМН-35М // Актуальные проблемы в машиностроении. – 2017. – Т. 4, № 4. – С. 100–106.

4. 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.

5. Патент 2562554 Российская Федерация. Чугун / А.В. Габец, Д.А. Габец. – № 2014118635; заявл. 08.05.2014; опубл. 12.08.2015, Бюл. № 25. – 5 с.

6. Корниенко Э.Н., Бикулов Р.А. Тяжелая лигатура для получения высокопрочного чугуна // Заготовительные производства в машиностроении. – 2009. – № 2. – С. 3–5.

7. Управление износостойкостью ответственных узлов и деталей подвижного состава: монография / А.В. Габец, А.М. Марков, Д.А. Габец, Е.О. Чертовских. – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2016. – 213 с. – ISBN 978-5-7568-1188-9.

8. Влияние модифицирования на структуру и свойства чугуна и стали для прокатных валков / В.А. Коровин, И.О. Леушин, Р.Н. Палавин, А.С. Киров // Литейщик России. – 2011. – № 12. – С. 15–17.

9. Семенов В.И., Чайкин А.В. Фазовые и структурные изменения в чугуне после модифицирования // Металлургия машиностроения. – 2006. – № 5. – С. 14–18.

10. Комаров О.С., Розенберг Е.В., Урбанович Н.И. Особенности модифицирования различных типов железоуглеродистых сплавов // Литье и металлургия. – 2015. – № 2 (79). – С. 24–28.

11. Габец Д.А., Марков А.М., Габец А.В. Специальный модифицированный чугун марки ЧМН-35М для тяжело нагруженных деталей тележки грузового вагона // Тяжелое машиностроение. – 2016. – № 1–2. – С. 23–26.

12. Boulifaa M.I., Hadji A. Effect of alloying elements on the mechanical behavior and wear of austempered ductile iron // Mechanics and Industry. – 2015. – Vol. 16, iss. 3. – P. 304. – doi: 10.1051/meca/2015002.

13. Ларин Т.В., Асташкевич Б.М., Транковская Г.Р. Влияние ванадия, меди, алюминия на износостойкость и фрикционные свойства фосфористого чугуна для тормозных колодок // Вестник ВНИИЖТ. – 1986. – № 8. – С. 40–42.

14. Vijeesh V., Prabhu K.N. Review of microstructure evolution in hypereutectic AL-SI alloys and its effect on wear properties // Transactions of the Indian Institute of Metals. – 2014. – Vol. 67, iss. 1. – P. 1–18. – doi: 10.1007/s12666-013-0327-x.

15. 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. – Vol. 39, iss. 6. – P. 391–393. – doi: 10.1002/mawe.200700219.

16. Габец А.В., Марков А.М., Габец Д.А. Моделирование эксплуатационных свойств деталей изготовленных из специального чугуна ЧМН-35М // Ползуновский вестник. – 2016. – № 2. – С. 36–44.

17. Гурей Т.А. Повышение износостойкости чугунных деталей поверхностным упрочнением // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. – 2016. – № 74. – С. 48–52. – Яз. укр.

18. Xu T., Hu C., Xie D. Effect of re modification and heat treatment on formation and growth of thermal fatigue crack in wear resistant cast iron containing low alloy // Journal of Rare Earths. – 2003. –Vol. 21, Suppl. – P. 202–205.

19. Повышение износостойкости фрикционных деталей из серого чугуна / Б.В. Борщ, А.В. Габец, А.В. Сухов, Г.А. Филиппов // Сталь. – 2014. – № 1. – С. 66–68.