CC BY
11ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
НОБЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Доменный чцгцн без выделений грарта - новый материал
назначения
В. К. АФАНАСЬЕВ, академик РАЕН, профессор, доктор техн. наук,
М. 3. ПОПОВА, доцент, канд. техн. наук, А. В. КОЛЬБА, аспирант, СибГИУ, г. Новокузнецк, М. М. САГАЛАКОВА, аспирант, ХТИ, г. Абакан, Г. Е ГРОМОВ, ген. директор ОАО "НИЗ", г Новосибирск, А. В. СОЧНЕВ, гл. механик Абагурской аглофабрики, г. Новокузнецк
Сокращённое изложение доклада на межрегиональной конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», 10 апреля 2003 г., г. Новосибирск (см. стр. 10-11).
В [1] приведены некоторые итоги практической деятельности современной металлургии на планете Земля. Отмечено, что эти итоги как никогда становятся плачевными, ибо получены с помощью бсльшого преступления перед природой - легирования железных сплавов. Позднее предложена водородная платформа [2], с позиций которой свойства всех железоуглеродистых сплавов и, в первую очередь, доменного чугуна далеко не выработаны. К настоящему времени имеется большое количество способов удаления выделений графита из доменного чугуна [3], что переводит его в рянг совершенно не изученных материалов. Отличительной его особенностью является то, что при содержании углерода 4 - 4,5% и полном отсутствии легирующих элементов он, также как и все высоколегирэван-ные белые чугуны, имеет ледебуритную структуру.
В мировой практике белые чугуны получаются за счет расплавления доменного передельного чугуна и введения в него десятков процентов легирующих элементов. Рассматриваемый в настоящей работе чугун получается за счет переплава доменного передельного чугуна, обработки расплава и последующей кристаллизации с любой скоростью. Легирование в данном случае полностью устранено. Поэтому в отличие от общепринятого термина "белый" чугун (имеется в виду переплавленный высоколегированный доменный чугун) авторами для полученного ими чугуна без легирования предложено название "доменный чугун без выделений графита".
Большое количество сведений, полученных для установления возможности применения доменного чугуна без выделений графита [4-8], позволяет сделать заключение, что литой и деформируемый инструментальный чуг/н является реальным техническим событием в ближайшее время. Одним из важнейших факторов, определяющих работоспособность инструмента, является тепло- и красностойкость, которая, в свою очередь, есть подраздел общего термина "жаропрочность". Одним из тонких методов оценки жаропрочности является определение теплового коэффициента линейного расширения (ТКЛР). Ниже приведены результаты по сравнению значений ТКЛР доменного чугуна без выделений графита с. ТКЛР различных материалов.
Сравнение с быстрорежущей сталью. Многочисленные результаты, полученные в работе, свидетельствуют о том, что по значениям ТКЛР доменный чугун без выделений графита может в перспективе быть заменителем стали Э6М5. Результаты определения ТКЛР (см. рисунок), полученные для чугуна, прутковых заготовок и литой фрезы из Р6М5
после стандартной термической обработки (ОАО "Томский инструмент"), позволяют считать, что чугун по ТКЛР соответствует тем значениям, которые обеспечивают качественную работу быстрорежущего инструмента.
Сравнение с инварами. До настоящего времени продолжаются совершенствование и расширение составов инварных сплазов. Наибольшее внимание уделено легированию. Прежде всего, увеличивается количество С, Ы, Ве, НГ В, ЫЬ и Та. Появились сплавы, содержащие 20-25% палладия и платины. Новым направлением стало легирование легкоплавкими элементами (1п, РЬ, В1, Те и др.). Однако высокое содержание легирующих элементов, после-
о ~ 2 16 ö
15
14 13 12 11 10 9 8
/-чугун без обработки; 2- 1350°С<-И550°С. 5 циклов;
3- 1350°С<->1550°С, 5 циклов + 250°С, 20 ч; 4- то же + 12 ч при -20°С; 5- то же + 48 ч при -20°С; 6- Р6М5 деформированная; 7- Р6М5 литая
7
50 100 ' 50 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 Температура испытания, °С
Рис. Линейное расширение термоциклированного доменного чугуна и стали Р6М5
0201310100
\
НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
Сравнение линейного расширения сплавов Таблица 1
на основе Ре-КП и доменного термоциклированного чугуна без выделений графита
Сплав Химический состав*1, % Средний ТКЛР-106, град"1 в интервале температур, °С Применение
Ni Со прочие 20-300 20-400 50-500
38НКД 37,5-38,5 4,5-5,5 Си-4,5-5,5 7,0-8,0 7,0-8,0 8,0-9,0 Спаи со стеклом С72-1, С74-4
47НД 46-48 - Си-4,5-5,5 9,2-10,2 9,2-10,2 9,8-10,8 Спаи со стеклом С87-1, С89-2, С90-1
47НХР 46-48 - Сг-4,5-6,0 8,5-9,5 9,2-10,2 9,8-10,8 Спаи со стеклом С87-1, С89-2, С90-1
47НХ*2 46-47,5 - Сг-0,7-1,0 - 8,0-9,0 - Спаи со стеклом С76-4, С82-1
34НК 33,5-34.5 11,6-12,5 - 5,2-6,1 5,1-6,0 9,0-7,0 Спаи с керамикой 22ХС
52Н 51-53 - - 9,6-10,6 9,6-10,6 9,8-10,8 Герметизированные реле
58Н*3 57,3-59,5 - - 10,8-11,5 - - Штриховые меры, линейки прецизионных станков
18ХТФ - - Сг-17-19 Ti-0,4-0,8 V-0,25-0,45 - - 11,0-11,4 Спаи со стеклом С89-2, С90-1
Передельный П1 (ЗСМК) без выделений графита Fe-4,0-4,5 %С 8,89 9,03 10,16
то же + 200°С, 1 ч в мочевине Fe-4,0-4,5 %С 8,11 9,48 10,52
Примечание: *1 Сплавы содержат минимальное количество примесей (С < 0,03%, 5>1 < 0,3%, Мп £ 0,4%, Б и Р < 0,02%, остальное Ие); *2 Данные в интервале температур 20-450°С; *3 Данные в интервале температур 20-400°С
дующая горячая пластическая деформация и термическая обработка часто не обеспечивают низкий ТКЛР при температурах испытания 50-100(С. Злободневным является изыскание материалов, не содержащих дорогих элементов и не требующих дорогой технологии, но имеющих такой же ТКЛР в литом состоянии. Одним из таких материалов может быть доменный чугун без выделений графита. Результаты таблицы 1 подтверждают это положение.
Сравнение с легированными специальными чугунами. В табл. 2 приведены справочные данные по плотности и ТКЛР некоторых типов специальных легированных чугунов.
Можно считать, что доменный чугун с самым низким ТКЛР может быть достойным конкурентом специальным чугунам, содержащим большое количество легирующих элементов. Существует тесная связь между микроструктурой, ТКЛР, износостойкостью и коррозионной стойкостью.
Плотность и ТКЛР специальных чугунов
Таблица 2
Тип чугуна Плотность, г/см3 ао,00 Ю6, град'1
ЖЧС-5,5 6,9-7,2 12-14
ЖЧЮ-22 ЖЧЮШ-22 (чугаль) 5,6-6,0 16-20
ЖЧХ-30 7,3-7,6 9-10
4Н15Д7Х2 (нирезист) 7,4-7,6 17-19
Доменный чугун П1 без выделений графита* 7,7 6,9
Чем больше в структуре цементита, тем ниже ТКЛР и выше износостойкость. Чем больше в структуре перлита, тем выше КЛР и ниже коррозионная стойкость.
В [9] сделано основополагающее заключение о перспективах развития чугуна и стали с позиций платформы [1, 2], которое позволит поднять на высокий уровень свой-сша железных сплавов без применения дорогостоящего легирования.
Литература
1. Афанасьев В.К. Некоторые итоги и перспективы металлургии / Литейное производство. - 2000. - №3. - С.3-5.
2. Афанасьев В.К., Айзатулов P.C., Селезнев Ю.А. Водородная платформа металлургии // Материалы VII Международной конференции "Водородное материаловедение и химия гидридов металлов" (Алушта - Большая Ялта - Крым -
Украина, 16-22 сентября, 2001). - С. 758-761.
3. Афанасьев В.К., Айзатулов P.C., Кустов Б.А., Чибряков М.В. Прогрессивные способы повышения свойств доменного чугуна. - Кемерово: Кузбассву-зиздат, 1999. - 257 с.
4. Чибряков М.В., Койнов В.А., Кольба A.B. Особенности обработки расплава чугуна твердыми веществами / Литейное производство. - 2000. -№3.-С.11-12.
5. Свердлов С.Гм Чибряков М.В., Афанасьев
B.К. Выбор материала для литого режущего инструмента / Литейное производство. - 2000. -№3.-
C.17-19.
6. Афанасьев В.К., Кольба A.B., Чибряков М.В. О некоторых особенностях доменного чугуна для производства инструмента (сообщение 1) // Инструмент Сибири. - 2000. - № 6 (9) - С.4-7.
№ 2 (19) 2003
НОВ
15
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
7. Афанасьев В.К., Кольба А.В, Чибряков М.В. О влиянии термической обработки на микроструктуру режущего инструмента из доменного чугуна без выделений графита (сообщение 2) //Инструмент Сибири.- 2001. - № 6 - С.20 - 21.
8. Афанасьев В.К., Кольба А.В, Чибряков М.В. О воз-
ТЕХНОЛОГИЯ
можности применения доменного чугуна для изготовления деревообрабатывающего инструмента (сообщение 3) // Обработка металлов. - 2002. - № 3 (16). - С. 7 - 9.
9. Афанасьев В.К. О чугуне и стали / Металлургия машиностроения. - 2002. - №3 (6). - С. 13-17.
Высокоэффективные плазменные технологии нанесения покрытий, сфероидизации порошков и обработки поверхности для повышения ресурса деталей машин и механизмов
О. П. СОЛОНЕНКО, доктор физико-математических наук, профессор, зав. лабораторией ИТПМ СО РАН, г. Новосибирск
Сокращённое изложение доклада на межрегиональной конференции «Проблемы повышения эффективности металлообработки в промышленности на современном этапе», 10 апреля 2003 г., г. Новосибирск (см. стр. 10-11).
Получены результаты использования многоцелевого высскоресурсного плазмотрона с межэлектродной вставкой, обеспечивающего стабильное симметричное истечение струи в турбулентном, переходном и ламинарном режимах.
Универсальность разработанного плазмотрона заключается в:
возможности работы в турбулентном, переходном и в ламинарном режиме истечения струи, что позволяет испсльзовать его для нанесения покрытий из гюбых порошковых материалов (металлических, керамических, композиционных и т.д.);
высокой плотности мощности теплового псока в ламинарном режиме истечения струи, сравнимой с другими концентрированными источниками энергии (лазерный луч, электронный пучок и т.п.), что позволяет с большой эффективностью использовать его для оплавления покрытий с целью повышения их адгезии и когезии и уменьшения пористости, а также при поверхностной закалке, плазменно-механической обработке, сфероидизации порошков тугоплавких материалов и т.д.;
возможности использования, наряду с любыми технически чистыми рабочими газами (аргона, азота, гелия, природного газа и их смесей), также обычного воздуха, что существенно сокращает срок окупаемости технологического оборудования;
возможности использования в составе плазменной установки серийных отечественных источников электропитания типа АПР-402, АПР-404.
Приводится опыт применения разработанного плазмотрона для нанесения высокоэесурсных порошковых покрытий различного функционального назначения:
1. размерное восстановление и одновременное упрочнение изношенных узлов и деталей различных машин и механизмов;
2. коррозионно-, абразивно-, кавитационно-, и износостойкие покрытия;
3. теплозащитные, термобарьерные, жаростойкие и электроизоляционные покрытия из керамических материалов с повышенной адгезией, напыленные в ламинарном режиме истечения струи (рис.1);
4. покрытия, стойкие к ударным нагрузкам.
12-
9 -
6-
Fa , МПа d
♦ ♦
1 ▲
Gc> г/с
I I I I
0.50 0.75 1.00 1.25 1.50
Рис.1. Адгезия покрытий из оксида алюминия, напыленных при ламинарном, переходном и турбулентном режимах истечения струи, соответственно при расходах воздуха 0э=0.75, 1 и 1.25 г/с.
Возможны различные варианты взаимодействия авторов разработки с потенциальными потребителями технологии:
1. нанесение покрытий из любых порошковых материалов на опытную партию изделий для их последующего испытания заказчиком, сфероидизация требуемых партий любых металлических, керамических и композиционных порошков;
2. докомплектация базовой установки Заказчика многоцелевым плазмотроном, дозатором порошка и комплексная наладка и запуск оборудования и технологии на месте;
3. поставка полнокомплектного оборудования и необходимых технологий "под ключ".
16 № 2 (19) 2002
