CC BY
43
яти сгшшгг гг:г
3 (57), 2010-
Influence of microalloying and modifying elements on structure and characteristics of perlitic antifriction cast irons with vermicular graphite is investigated.
А. П. МЕЛЬНИКОВ, ОАО «БЕЛНИИЛИТ»,
М. И. КАРПЕНКО, В. М. КАРПЕНКО, ГГТУ им. П. О. Сухого,
У. С. ХОМЕЦ, РУП «ГЛЗ «ЦЕНТРОЛИТ»
УДК 621.74:669.13
исследование влияния микролегирующих и модифицирующих элементов на структуру и свойства перлитных чугунов
Чугуны с перлитной металлической основой широко используются для изготовления сложно-напряженных литых деталей цилиндропоршне-вой группы автотракторных и комбайновых двигателей, корпусных отливок металлорежущих станков и деталей гидроаппаратуры в станкостроении и многих других литых деталей для машиностроения. В связи с постоянным ростом мощностей машин и агрегатов к литым заготовкам повышаются требования не только по прочности и твердости, но и по ударной вязкости, износостойкости и сопротивляемости усталости при динамических и знакопеременных нагрузках.
В последние годы при выплавке антифрикционных и фрикционных перлитных чугунов наряду с микролегированием их медью и никелем стали использовать сфероидизирующие, инокулиру-ющие и графитизирующие модификаторы. Это позволяет получать в отливках, работающих в условиях трения, не только пластинчатый, но и шаровидный и вермикулярный графит, существенно повысив физико-механические, технологические и эксплуатационные свойства чугуна.
Ранее в работе [1] приведены особенности процессов производства ряда корпусных отливок из высокопрочных чугунов с вермикулярным и шаровидным графитом. Было показано, что из-за высокого содержания примесных элементов в металлическом ломе и стружке в структуре чугуна преобладает перлитная металлическая основа. Твердость 241-275 НВ, а относительное удлинение не превышает 3-5%.
В настоящей работе преимущественно исследовали влияние микролегирующих и модифицирующих элементов на структуру и свойства пер-
литных антифрикционных чугунов с вермику-лярным графитом.
Для исследования качества микролегирования и модифицирования использовали чугун, выплавленный в открытых индукционных печах с использованием рафинированных литейных чугу-нов, стального и чугунного лома и стружки, вводимой в количестве 10-15% от металлозавалки. Температура плавки 1450-1480 °С. Микролегирующие и модулирующие добавки вводили в раздаточные ковши при выпуске чугуна из печи.
Из модифицированного чугуна отливали стандартные образцы диаметром 30 мм для исследования структуры и механических свойств, технологические пробы на отбел, а также отдельные ответственные отливки для автотракторных двигателей гидроаппаратуры и металлорежущих станков.
В табл. 1 приведены химические составы исследованных чугунов в отливках, а в табл. 2 - отдельные характеристики их структуры и механических свойств. В качестве технологических примесей в чугунах присутствовали сера (до 0,02%) и фосфор (0,05-0,06%).
Для внепечной обработки расплавленного металла использовали редкоземельные металлы, си-ликобарий, ферробор, ферротитан и комплексный модификатор [2], содержащий 25-40% ферросилиция марки FeSi75All, отсева сплава ФСМ-7 по ТУ 14-5-134-86 в количестве 25-40% и измельченный графит - остальное. Структуру чугуна в отливках оценивали в соответствии с ГОСТ 3443-87.
Металлографические исследования структуры цилиндрических стандартных образцов диаметром 30 мм показали, что при использовании
_/¡гтге г ктпглтя 107
-3 (57), 2010 / IIЖ
Т а б л и ц а 1. Химические составы исследованных чугунов
Чугун Содержание элементов в чугунах, мас.%
основные компоненты микродобавки
С Si Мп Сг № Си РЗМ Са Ва Mg А1 в л
1 3,7 2,6 0,8 0,12 0,1 0,2 0,01 0,03 - - 0,02 - 0,02
2 3,5 2,4 0,6 0,05 0,2 0,3 0,02 0,01 - 0,02 0,03 - 0,07
3 3,5 2,4 0,6 0,06 0,2 0,3 0,02 - 0,01 0,02 0,01 0,04 -
4 3,2 2,2 0,5 0,05 0,1 0,3 0,02 0,01 0,02 0,05 0,01 - 0,2
5 3,1 2,3 0,4 0,05 0,2 0,2 0,05 - 0,03 0,02 - 0,12 -
6 3,6 1,8 0,8 0,07 - - 0,02 0,02 - 0,03 0,01 - 0,03
Т а б л и ц а 2. Структура и механические свойства исследованных чугунов
Чугун Структура Механические свойства чугунов в отливках
дисперсность перлита форма графита св, Дж/см2 НВ ан, Дж/см2 удароустойчивость, тыс. циклов износ при сухом трении, мг/гс
1 ПД 1,4 Пластинчатый 285 207 10 2,1 420
2 ПД 0,5 ВГ 341 229 16 3,2 365
3 ПД 0,5 ВГ 355 238 19 3,1 272
4 ПД 0,3 ШГ 570 235 28 3,6 212
5 ПД 1,0 ВГ 452 241 12 3,4 396
6 ПД 0,5 ВГ 386 236 21 2,8 328
модификаторов без магния и бора дисперсность перлита низкая, а износ перлитных чугунов при сухом трении высокий. При содержании в комплексном модификаторе 0,02-0,05% РЗМ и 0,020,05% магния дисперсность перлита в чугунах значительно повышается, что способствует увеличению ударной вязкости и износостойкости при интенсивном трении. Наиболее высокие по -казатели износостойкости и динамической прочности имели перлитные чугуны с дисперсностью перлита ПД 0,3 и ПД 0,5. На рисунке приведены результаты оценки влияния дисперсности перлита на средний износ при интенсивном сухом тре-
нии (^ср) и ударную вязкость (КСи) модифициро-ванного чугуна с вермикулярным графитом.
В серых перлитных чугунах, микролегированных медью, никелем и ферротитаном, ударная вязкости была низкой и колебалась в пределах 7,5-10,8 Дж/см2. При введении комплексного мо -дификатора, содержащего РЗМ, магний, кальций и алюминий, ударная вязкость повышалась до 1524 Дж/см2.
На основе проведенных исследований разработан состав серого перлитного чугуна [3], содер -жащего 3,0-3,7% С; 2,0-2,4% Si; 0,5-0,8% Мп; 0,002-0,02% Mg; 0,012-0,2% Сг; 0,003-0,05% РЗМ;
И/агтге г: глгт(т/7/7гггггггт
/ 3 (57), 2010-
0,002-0,03% Са; 0,002-0,1% А1 и Fe - остальное. Дисперсность перлита в цилиндрических образцах диаметром 30 мм составляет ПД 0,3 - ПД 1,0. Чугун обладает повышенной динамической прочностью. Твердость чугуна 221-229 НВ. Форма включений графита в отливках ПГф2 и ПГф3, длина включений графита - от 30 до 90 мкм.
Для изготовления сложнонапряженных деталей комбайновых и других двигателей совместного с сотрудниками Ярославского государственно -го технического университета разработан высокопрочный чугун [4], обладающий повышенными характеристиками ударной вязкости и износостойкости.
Литература
1. К а р п е н к о М. И., С а й к о в М. А., М а м а е в а М. В. и др. Особенности процессов производства корпусных отливок из высокопрочных чугунов // Литье и металлургия. 2009. № 3, С. 169-174.
2. К а р п е н к о М. И., М а р у к о в и ч Е. И., С у с л о П. П. и др. Комплексный модификатор чугуна // Пат. BY № 9935.
3. К а р п е н к о М. И., М е л ь н и к о в А. П., С у с л о П. П. и др. Серый перлитный чугун // Пат. BY № 10446.
4. А л о в В. А., К а р п е н к о М. И., Е п а р х и н О. М. и др. Высокопрочный чугун // Пат. BY 2298048.
