CC BY
20
6. Куницкая И. Н. О формировании динамически рекрис-таллизованных зерен при горячей деформации нержавеющей стали 10Х17Н13М2Т / И. Н. Куницкая, Я. И. Спектор, П. О. Сыревич // Прочность неоднородных структур : IV-я Евразийская научно-практич. конф., 8-10 апр. 2008 г. : тезисы докл. - М., 2008. - С. 58.
7. Измельчение зерна при рекристаллизации деформированного аустенита и свойства стали / [С. З. Некрасова, А. М. Сергиенко, Я. И. Спектор, Р. И. Энтин] // ФММ. -1976. - Т. 41. - Вып. 6. - С. 1213-1218.
8. Синельников М. И. Ускорение отжига подшипниковой стали / М. И. Синельников, Е. А. Титаренко // Повышение качества и улучшение сортамента подшипниковых сталей в странах-членах СЭВ. - 1979. - Ч. II. - С. 48-52.
9. Термокинетические диаграммы рекристаллизации аустенита при горячей прокатке специальных сталей / [Я. И. Спектор, И. Н. Куницкая, Р. В. Яценко, А. Н. Тум-ко] // Металловедение и термическая обработка металлов. - 2008. - № 7. - С. 6-9.
Одержано 03.02.2009
Для pi-зних груп легованих спецгальних сталей - пгдшипникових, iнструментальних, корозшностшких, жаромщних, високомщних конструкцшних - побудоваш тауточненг термоктетичнг дгаграми рекристалгзацИ при прокатц в гнтервалг температур 800-1200°С. Розглянутг механгзми рекристалгзацИ при гарячгй багатопрохгднгй деформацИ корозшностшких аустенгтних сталей. Показаний вплив температурно-деформацшних режимгв пгд час прокатки i кування на формування ргзномангтних типгв рекристалгзованих структур сталей 10Х17Н13М2Т и 08Х18Н10Т.
Thermokinetic recrystallization diagrams for hot rolling at temperatures of 800-1200 °С for different groups of alloyed special steels - bearing, tool, corrosion-resistant, heat-resistant, high-strength structural - have been built and specified. The recrystallization mechanisms in hot multipass deformation of the two austenitic stainless steels 10Cr17Ni13Mo2Ti and 08Cr18Ni10Ti are considered. The effect of temperature-deformation conditions at rolling and forging on the formation of different types of recrystallized structures was shown.
Особенности разупрочнения и структура горячедеформи-рованного аустенита при прокатке / [Я. И. Спектор, Н. В. Тихий, Ю. В. Яценко, А. М. Прокопенко] // Физика металлов и металловедение. - 1978. - Т. 45. - Вып. 1. -С. 176-183.
Спектор Я. И. / О роли динамической рекристаллизации в формировании ультрамелкозернистой структуры аустенита при многопроходной горячей прокатке специальных сталей / Я. И. Спектор, И. Н. Куницкая // Н^ИМ^ТесЬ : междунар. конф., 15-19 окт. 2007 г. : тезисы докл. - К. : НАН Украины, Академпериодика, 2007. -С. 84.
Спектор Я. И. Особенности формирования сверхмелкозернистой структуры при горячей интенсивной пластической деформации порошковых инструментальных сталей / Я. И. Спектор, И. Н. Куницкая // Прочность неоднородных структур : 1У-я Евразийская научно-практич. конф., 8-10 апр. 2008 г. : тезисы докл. - М., 2008. - С. 23.
УДК 621.791.92:669.018.25
Канд. техн. наук О. В. Климов1, С. В. Марченко2
1 Нацюнальний техшчний ушверситет, м. Запорiжжя, 2 Державний ушверситет, м.Суми
АЗОТ I ТИТАН У Б1ЛОМУ АБРАЗИВОСТ1ЙКОМУ ЧАВУН1
Досл1джуеться можливкть легування титаном та азотом сплаву на основi бшого чавуну. Визначаеться оптимальний склад та структура абразивостшкого металу з карбiдним i карбонiтридним змщненням, отриманого електродуговим наплавленням.
Велкий ввдсоток деталей рiзних мехашз]шв i машин працюе у контакт! з абразивним середовищем. Це насамперед деталi прничодобувно!, сшьськогос-подарсько! техшки, шляхоремонтного, металургшно-го обладнання. Руйнування ввд абразивного спрацю-вання е розповсюдженою проблемою, що веде до руй-нацп деталей i вузлiв i може спричинити вихщ з ладу мехашзму в цшому. У зв'язку з цим проблема тдви-щення довговiчностi деталей механiзмiв при ди абразиву е вкрай актуальною. На тепер вона вирiшуеть-ся загалом у споаб розробки складно легованих сталей та чавушв, що мютять таш елементи, як хром, шкель, вольфрам, бор тощо i не завжди е ефективни-
ми, зважаючи на 1х варпсть.
Серед абразивостшких металiв широке застосову-вання мають залiзовуглецевi сплави на основi бшого чавуну. Одним iз найважливших чиннишв, що визна-чають отр зношуванню сплаву, е структурний стан, властивос™, взаемне розташування, ыльысне сшввщношення i характер зв'язку окремих складових структури. При зношуванш вшьним (зв'язаним) абразивом у ввдсутносп або з незначною штенсившстю ударiв абразивотривкою е аустешто-мартенситна або мартенситна матриця з твердими надлишковими дис-персними фазами - карбщною, боридною, штермета-лщною тощо [1].
© О. В. Климов, С. В. Марченко, 2009
Формування мартенсито-аустештово! матриц зi змiцненням надлишковою (карбiдною) фазою потре-буе високо! концентрацп вуглецю i наявностi сильних карбiдоутворювачiв. Хром широко застосовуеться для легування абразивостiйких залiзовуглецевих сплавiв. Карбщи хрому СгпСт мають твердiсть 16,3.. .18,4 ГПа, але хром здатний насамперед легувати цементит (Ре,Сг)пСш, а для утворення аустешто-карбщово! струк-тури мае мютитися близько 23 %Сг i (або) застосовуеться шкель для аустешзацп матрицi. Зазначенi еле-менти (також молiбден, вольфрам, ванадiй тощо) спри-чиняють вагоме пiдвищення вартостi сплаву i е не завжди ефективними.
Титан застосовуеться обмежено (звичайно 0,3 % Т^ максимально 1,5 %), зважаючи на значний вiдсоток ви-гару титану (~ 35 %) у типовiй металурги. За м^от-вердастю карбвди титану (ИУТ1С 31,06.34,79 ГПа) пе-реважають карбвди, бориди хрому i поступаються ильки деяким сполукам на основi бору. Карбiд титану також не розчиняеться в цементип, а легування сплаву титаном дозволяе зсунути евтектичну точку на дiаграмi стану праворуч, зменшуючи шльшсть перлiту. Одно-часно пiдвищуеться розчиншсть вуглецю в аустенiтi, що сприятиме видiленню вторинних карбiдiв.
Метою роботи е встановлення закономiрностей взаемозв'язку складу, структури, властивостей при отриманнi абразивостшкого сплаву на основi бiлого чавуну зi збiльшеним вмiстом титану i додатковим ле-гуванням азотом.
Аналiзуючи термодинамiку титану, його сполук з киснем i вуглецем, визначили можливiсть отримання карбщв титану та !х перехiд у метал при усунеш мож-ливосп окислення (рис. 1).
0
Е
Р
гв
ГО О
ю ю
а.
ш х Ш
-50 -100 -150 -200 -250 -300 -350
-400
ТхС
ТЮг
1000 1500 2000 2500 Температура, К
3000
Рис. 1. Термодинамжа утворення деяких сполук в д1апа-зош температур
Температура системи мае звести до мшмуму енер-гетичну рiзницю сполучення титану з киснем, вугле-цем, що потребуе використання потужного джерела тепла i ретельного захисту вiд кисню. При електроме-талургшному процесi, а саме при електродуговому, стовп дуги мае температуру ~ 6000 К, i краплi рiдкого металу, що переносяться, розiгрiваються до ~ 3000 К.
В залiзовуглецевих сплавах вплив азоту не е одно-значним i може бути як позитивним, так i негативним, зважаючи на форму його юнування у сплава Зменшен-ня розчинностi азоту при затвердшш i наступних фа-зових перетвореннях сплавiв слугуе чинником видь лення молекулярного азоту i утворення газових пор. На розчиншсть азоту у сплавi насамперед впливае вмют легувальних домiшок, а також !х здатнiсть утво-рювати хiмiчнi сполуки. Данi щодо впливу титану i азоту в спiльнiй системi показують лише загальний характер збшьшення розчинностi азоту при наявностi Т i вмiстi !х у стал1 та максимальнiй юлькосп титану ~ 1 %, азоту ~ 0,02 % [2].
Введения додатково в систему з вуглецем i титаном азоту робить можливим утворення ТМ (НУ 19,6 ГПа) i, зважаючи на високу хiмiчну спорвднетсть до титану, азот може випсняти вуглець з карбiду, внаслвдок чого утво-рюеться карбонiтрид титану Т1(С, М (НУ > 30-35 ГПа).
Термодинамта утворення сполук елементiв, данi про !х розчиннiсть дали можливiсть спрогнозувати по-ведiнку вуглецю, титану, азоту за умов електродугово-го переплавлення:
- надлишкова к1льк1сть вуглецю виконуе газоподi-бний захист, вуглець також сполучаеться з титаном, утворюючи карбiд на стадп краплi. Можливим е част-ковий перехщ титану у твердий розчин. Одночасно проходить процес засвоення редким металом азоту, кшьюсть якого, зважаючи на максимальну розчиннiсть у високовуглецевому сплаву, е значно меншою;
- з пониженням температури, переходi до твердого стану, при окресленш швидкосп охолодження, спос-терiгаеться зменшення розчинносп азоту та вуглецю, як1 виднеться при цьому i можуть засвоюватися вже юнуючими сполуками титану або утворювати новь Можливiсть сполучання титану з азотом iмовiрнiша, нiж з вуглецем у твердому сташ - таким чином, пере-важаючими при електродуговому переплавленш мають бути карбщи, карбонiтриди ТiCN вiдповiдноl бу-дови, що обумовлено й пропорщями легування.
Зважаючи на технологiчнiсть, використовували елек-тродугове наплавлення порошковим дротом, яке доз-воляе отримувати (вiдновлювати) локальш дiлянки деталей i легувати наплавлений метал у широких межах. Для отримання системи легування С-Т1-М-81-Мп, титан додаемо у складi феросплаву ФТи35С7; для вве-дення вуглецю, утворення надлишкового газового за-хисту використовуемо графiт електродний марки ЕУТ. Вмiст кремнiю та марганцю регулюемо додаванням силiкокальцiю СК30 i феромарганцю ФМн88 вiдповiд-но. Азот вводимо через тверду азотовмiсну сполуку -
карбамiд (N = 46 %). Прийнято коефiцieнти переходу: Кс = 0,53, KTi = 0,39, KMn = 0,5, К& = 0,82 [3]. Коефщент переходу азоту визначали експериментально KN = 0,1.
Для отримання даних про розчиннiсть титану та азоту при ïx збшьшенш концентрацiï дослвджували вплив азоту в дiапазонi вiд 0,01 до 0,1 % ваг. на бший на-плавлений чавун iз вмюгом 3,5%С, 4 %Ti, 1%S1, 1% Mn.
Проводили вторинну iонну масспектрометрш зразк1в на постi ВУП за незмшних параметрiв випро-бувань. Вщкачувана атмосфера контролюеться газо-аналiзатором, що дозволяе простежити вiдносну змiну вмюту елементiв, як1 вивiльняються внаслвдок збшьшення енерги акгивацiï з поверхш зразка.
Отриманi данi характеристичних екстремушв для азоту вiдображали графiчно як функщю результатiв масспектрального аналiзу вщ даних xiмiчного аналь зу, який дае загальний вмiст азоту в металл
Графiчний аналiз показуе змшу характеру залежносп вмiсту азоту, зареестрованого газоаналiзатором при певнiй концентраци N у метал^ визначенiй xiмiчним аналiзом. Це пов'язано з формою юнування азоту, який може бути в металi по границях зерен, у молекулярному виглядi та у склащ xiмiчниx сполук, твер-дих розчишв. Сполучений, зокрема, в штриди, кар-бонiтриди титану, азот вимагае значно бiльшоï енерги для вившьнення (стабiльнiсть T13N зберiгаеться до 1000-1100 °С). Вiдповiдно, при перевищеннi азотом шлькосп, яка може з'еднатися або засвопися мета-лом дослiджуваного xiмiчного складу, з «перенаси-ченого» зразка вившьнятиметься збiльшена частка вiльного N, що i вiдобразиться змiною характеру кри-воï графiчно (рис. 2) i тдтверджуеться металографь чним аналiзом.
Було дослвджено низку сплавiв iз вмiстом 2,5-3,5 %С, 1-4 % Ti, 0,02 по 0,04 %N для з'ясування вагомостi впливу шльшсного сшвввдношення xiмiчниx елеменпв
системи на процеси структуроутворення i на власти-востi отриманого електродуговим переплавленням сплаву (рис. 3).
Змша пропорцп хiмiчних елементiв у наплавлено-му металi у вказаних межах за незмшних умов охо-лодження (30-40 °С/с) дозволила отримати структури рiзного типу - перлгго-феритну, ледебуритну чи мар-тенситну, з графiтом, надлишковими сполуками, з рiзною стiйкiстю в умовах дИ абразиву.
Як1сне пiдвищення зносостшкосп вiдбуваеться лише за умов легування титаном за верхньою межею, що, разом зi збшьшеною к1льк1стю вуглецю, приводить до усунення зi складових структури графпу, ледебуриту, пiдвищення стiйкостi аустешгу, що позитивно вiдображаеться на зносостшкосп сплаву. Чинни-ком зменшення в структурi перлиту е i мiкролегування азотом у збiльшенiй шлькосп (~ 0,04 %).
Таким чином, за рiзного к1льк1сного сшввщношен-ня легувальних елементiв у бiлому чавуш титан вис-тупае як карбщоутворювальний елемент, як графгги-зувальний i як аустенiтостабiлiзувальний. Як1сне зро-стання опору зношуванню ведбуваеться при шдвищенш частки титану i азоту до верхньо1 меж1, що обумовлена використовуваними розповсюдженими компонентами.
За результатами дослвдження доведено можлив^ь легування титаном i азотом наплавленого металу у виз-начених межах i отримано сплав Е350Т4АСГ (3,53 %С, 4,2 %Тi, 0,046 %М з переважно мартенсито-аустешг-ною матрицею i вкрапленнями сполук титану. Засто-сування недорогих компонентiв разом з високою ефек-тивнiстю сплаву дозволяе використовувати такий метал для утворення захисного шару електродуговим наплавленням i отримати високу стiйкiсть до ди абразивного (гiдроабразивного) зношувань без або з не-значними ударними навантаженнями.
Рис. 2. Залежнють юлькосп вившьненого азоту вщ його загального вмюту у сплав1
Рис. 3. Вплив хiмiчного складу на структуру, твердють, вщносну зносостiйкiсть сплавiв на основi бiлого чавуну, легованих
титаном та азотом:
а - при зношуванш закршленим абразивом - «затшеш» маркери б - в пдроабразивному струменi (а = 10 °) - «незaтiненi» маркери
Рис. 4. Мiкроструктурa сплаву Е350Т4АСГ (3,53 %С, 4,2 %Ti, 0,046 %N), х 800: а - нетравлений; б - травлений; в - фрактограма поверхш тертя закршленим абразивом, х 350
Перелiк посилань
1. Лейначук Е. И. Электродуговая наплавка деталей при абразивном и гидроабразивном износе/ Е. И. Лейначук. -К. : Наук. думка, 1985. - 160 с.
2. Войнов В. А. Износостойкие сплавы и покрытия / В. А. Войнов. - М. : Машиностроение, 1980. - 120 с.
3. Любич А. И. Термодинамическое обоснование выбора элементов и их переход из сварочных материалов в расплавленный металл при наплавке чугуна / А. И. Любич // Вопросы механизации сельского хозяйства : сб. науч. тр. - Х., 1996. - С. 169-174.
Одержано 05.11.2008
Исследуется возможность легирования титаном и азотом сплава на основе белого чугуна. Определяется оптимальный состав и структура абразивостойкого металла с карбидным и карбонитридным упрочнением, полученного электродуговой наплавкой.
The possibility of alloying by titanium and nitrogen of composition based on cast-iron is being analysed. The optimal composition and structure of abrasive-stable metal with carbide and carbonitride strengthening obtained by the arc welding is also determined.
УДК 669.721.5
Канд. техн. наук В. А. Шаломеев, д-р техн. наук Э. И. Цивирко Национальный технический университет, г. Запорожье
ЖАРОПРОЧНОСТЬ МАГНИЕВОГО СПЛАВА Мл-5 С ГАФНИЕМ
Исследовано влияние гафния на структурообразование, механические свойства и жаропрочность отливок из магниевого сплава Мл-5. Установлено, что гафний в сплаве Мл-5 существенно повышает длительность прочности при повышенных температурах.
Развитие различных отраслей техники, требующих применения материалов, способных выдерживать большие нагрузки при высоких температурах с одновременным снижением веса конструкций обусловило все большее применение сплавов на основе магния. В настоящее время известны магниевые сплавы для работы при повышенных температурах, содержащие в своем составе редкие и редкоземельные металлы. Необходимость дальнейшего повышения уровня рабочих температур для деталей из магниевых сплавов потребовала проведение новых исследований с элементами, упрочняющими металлическую матрицу металла [1].
Известно положительное влияние элементов IV группы периодической системы Менделеева на жаропрочные характеристики магниевых сплавов. Так, цирконий входит в состав жаропрочных сплавов Мл-8 и Мл-10 [2]. Есть данные, свидетельствующие о положительном влияния титана на показатели жаропрочности [3]. Использование гафния для легирования магниевых сплавов, в отличие от его гомологов по IV группе - титана и циркония, до последнего времени практически не рассматривалось.
Поскольку гафний чаще всего присутствует в цир-конийсодержащих минералах, в качестве техногенного источника для его получения используются отходы циркониевого производства. Основной областью применения циркония является ядерная энергетика, для
которой он должен быть очищен от примесей гафния. Поэтому обязательное отделение гафния от циркония является основой создания сопутствующего промышленного производства гафния. Извлекаемые мировые запасы гафния оцениваются приблизительно в 450 тыс. т, из которых более 57 % приходится на ЮАР, 25 % - на Австралию и около 7 % - на США [4]. Украина также обладает данной сырьевой базой и технологиями производства гафния, поэтому представляет интерес изучение возможности создания магниевых сплавов, легированных гафнием.
Исследовали влияние гафния на структурообразо-вание, механические свойства и длительную прочность при повышенных температурах отливок из магниевого сплава Мл-5.
Магниевый сплав Мл-5 выплавляли в индукционной тигельной печи типа ИПМ-500 по серийной технологии. Расплав рафинировали флюсом ВИ-2 в раздаточной печи, из которой порционно отбирали ковшом расплав. В него вводили возрастающие присадки лигатуры Mg-6 % Н (0; 0,05; 0,1; 1,0 % Н - по расчету) и заливали им песчано-глинистые формы для получения стандартных образцов с рабочим диаметром 12 мм. Образцы для механических испытаний проходили термическую обработку в печах типа Бельвью и ПАП-4М по режиму: (гомогенизация при температуре 415 °С (выдержка 24 часа), охлаждение на воздухе + старение при
© В. А. Шаломеев, Э. И. Цивирко, 2009
