Научная статья на тему 'Гидроабразивная износостойкость чугунов с разной формой графита, легированных Сu, Cr, Ni и мo'

Гидроабразивная износостойкость чугунов с разной формой графита, легированных Сu, Cr, Ni и мo Текст научной статьи по специальности «Структура и свойства чугуна»

CC BY
244
33
Поделиться
Ключевые слова
легированный чугун / пластинчатый графит / вермикулярный графит / шаровидный графит / гидроабразивная износостойкость

Похожие темы научных работ по металлургии , автор научной работы — Бондаренко Светлана Ивановна, Гладкий Иван Павлович,

It was determined that cast irons having different graphite form alloyed with Cu, Cr, Ni and Mo showed higher hydroabrasive wear resistance than unalloyed cast irons due obtaining perlitic or perlitic cementitе matrix. Closing graphite form to nodular one increases hydroabrasive wear resistance both in alloyed and unalloyed cast irons.

Текст научной работы на тему «Гидроабразивная износостойкость чугунов с разной формой графита, легированных Сu, Cr, Ni и мo»

УДК 669.131.7

ГИДРОАБРАЗИВНАЯ ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ЧУГУНОВ С РАЗНОЙ ФОРМОЙ ГРАФИТА, ЛЕГИРОВАННЫХ Си, Сг, N1 И Мо

С.И. Бондаренко, доцент, к.т.н., И.П. Гладкий, профессор, к.т.н., ХНАДУ

Аннотация. Установлено, что легирование Си, Сг, М и Мо чугунов с разной формой графита существенно повышает гидроабразивную износостойкость за счет получения перлитной или перлитно-цементитной основы. Приближение формы графита к шаровидной повышает гидроабразивную износостойкость как легированных, так и нелегированных чугунов.

Ключевые слова: легированный чугун, пластинчатый графит, вермикуляр-ный графит, шаровидный графит, гидроабразивная износостойкость.

Введение

Проточные части насосов оросительных систем работают в условиях гидроабразивного и кавитационно-эррозионного изнашивания в сочетании с коррозией.

Интенсивный износ проточных деталей насосов приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик насосов, сокращению межремонтных сроков и преждевременному выходу из строя.

Неблагоприятная форма графита и наличие феррита в структуре матрицы чугуна СЧ 20, применяющегося в настоящее время для деталей насосов, вызывает повышенную коррозию и гидроабразивный износ.

В связи с этим возникает необходимость замены чугуна СЧ 20 более износостойким материалом.

Анализ публикаций

В настоящее время все шире используются в качестве износостойких материалов для изготовления дробеметных лопаток, поршневых колец и т.п. чугуны с вермикулярной и шаровидной формой графита и перлитной основой, полученной легированием &, №, Мо, Sn и другими элементами [1].

В работах [2,3] было исследовано влияние формы графита и микролегирования Sn, Sb на гидроабразивную износостойкость чугу-нов.

В работе [4] была изучена возможность применения легированных ^, &, №, и Мо чу-гунов для изготовления деталей проточных частей насосов. Была показана эффективность легирования серых и высокопрочных чугунов с целью повышения твердости, предела прочности и абразивной износостойкости.

Представляло интерес провести дальнейшие исследования формы графита и легирования на абразивную и гидроабразивную износостойкость чугунов.

Цель исследования и постановка задачи

Целью работы было исследование гидроабразивной стойкости легированных ^, &, №, и Мо чугунов с пластинчатой, вермикуляр-ной и шаровидной формой графита (ЧПГ, ЧВГ и ЧТТТГ)

Необходимо было разработать методику испытаний чугунов на гидроабразивный износ, наиболее приближенных к условиям эксплуатации деталей проточных систем насосов.

Исследование гидроабразивной износостойкости

Материалом исследования служили нелегированные и легированные Си, Сг, №, и Мо чугуны с разной формой графита. Условия выплавки чугунов были аналогичны приведенным в работе [4].

Химический состав чугунов приведен в табл. 1.

Металлографическое исследование чугунов осуществлялось с помощью металлографического микроскопа при увеличениях 100 и 500. Микроструктура исследованных чугу-нов представлена на рис. 1.

В серых чугунах плавок 0 и 1 пластинчатый графит имеет аналогичные размеры и распределение (рис. 1, а, б). Чугун плавки 4 содержит шаровидный графит правильной и компактной формы. Чугун плавки 5 содержит вермикулярный графит утолщенной формы с неравномерным распределением и небольшое количество (до 15%) шаровидного графита правильной и компактной формы. Структура металлической основы нелегированных чугунов с пластинчатым (плавка 0) и шаровидным (плавка 7) графитом перлитно-ферритная (53 и 40% феррита соответственно). Структура матрицы легированных чугунов (рис. 1, б—г) содержит дисперсный перлит (тростит), иногда 10 - 15% бейнита (плавка 5) и до 6 - 30% цементита (ледебурита).

Гидроабразивная стойкость чугунов определялась на специально разработанной установке с горизонтальным расположением вала

и возможностью одновременно испытывать большое количество образцов [2, 3].

Для испытаний на гидроабразивное изнашивание использовались цилиндрические образцы диаметром 25 мм, толщиной 10 мм с центральным отверстием диаметром 10 мм для крепления на стенде. В качестве абразива был использован кварцевый песок с размером песчинок ~ 0,2 мм. Концентрация абразива составляла 1%.

Результаты испытаний гидроабразивной стойкости чугунов, определяемые по потере массы образцов за 1 час испытания в разные периоды работы, приведены в табл. 2. Данные представляют собой среднеарифметические значения величин, полученных на 3 - 4 образцах.

Таблица 2 Результаты испытаний гидроабразивной стойкости чугунов

№ плавки Потеря массы образца за 1 час, г

от 1 до 2 час работы от 2 до 12 час работы от 12 до 22 час работы

0 0,0032 0,0089 0,0211

1 0,0052 0,0058 0,0107

4 0,0026 0,0051 0,0129

5 0,0026 0,0050 0,0184

7 0,0104 0,0078 0,0184

Как следует из представленных данных, скорость изнашивания всех чугунов со временем заметно возрастает. Исключение составляет высокопрочный чугун с перлитно-ферритной структурой (плавка 7), который имеет наименьшую скорость изнашивания в период от 2-х до 12-ти часов работы.

Таблица 1 Химический состав исследованных чугунов

№ плав- ки Тип чугуна Содержание элементов, % мас

С 81 Мп Р 8 Сг N1 Мо Си Мм

0 ЧПГ нелегир. (СЧ20) 3,4 2,4 0,60 0,08 0,12 - - - - -

1 ЧПГ легир. 2,63 1,93 0,67 0,076 0,024 0,4 0,47 - 1,17 -

4 ЧШГ легир. 3,53 2,04 0,60 0,093 0,015 0,63 1,08 0,21 0,95 0,02

5 ЧВГ легир. 3,5 1,69 0,67 0,103 0,039 0,67 1,1 0,3 0,9 -

7 ЧШГ нелегир. 3,6 2,0 0,4 0,05 0,008 0,2 0,1 - - 0,04

Рис. 1. Структура исследованных чугунов: а - плавка 0; б - плавка 1; в - плавка 4; г - плавка 5; х100

По-видимому, в течение этих 20 часов имеет место приработка материалов, сопровождаемая снижением шероховатости, коррозией по микротрещинам, порам, границам фаз, пластической деформацией рабочей поверхности чугунов и т.п.

Следует отметить, что при одинаковой пер-литно-ферритной структуре металлической матрицы большую скорость износа имеет серый чугун по сравнению с высокопрочным.

К 22 часам работы прослеживается снижение стойкости чугунов с большим количеством цементита и включениями ледебурита. Можно предположить, что такое снижение стойкости обусловлено охрупчиванием поверхности чугунов, причем в большей мере при структуре с включениями ледебурита и вер-микулярной формой графита.

Выводы

Гидроабразивный износ нелегированного ЧШГ с перлитно-ферритной структурой матрицы заметно меньше, чем у нелегированного ЧПГ с такой же структурой матрицы (за исключением начального этапа испытаний).

Легирование чугунов с разной формой графита с образованием перлитной или перлит-но-цементитной матрицы существенно повышает их стойкость в водно-абразивной среде. Для серого чугуна она повышается почти вдвое, для высокопрочного - на 40%.

Наличие в легированных чугунах значительных количеств ледебурита или цементита снижает их гидроабразивную стойкость.

В целом следует заметить, что для обоснованных выводов об относительной (или абсолютной) стойкости чугунов в водноабразивной среде следует продолжить испытания до стабилизации скорости разрушения чугунов. Это тем более необходимо, что время работы деталей насосов составляет тысячи часов.

Литература

1. Ахунов Т.А., Алов В. А. и др. Новые изно-

состойкие чугуны для деталей дробе-метных камер // Соврем. литейн. мат. и технол. получ. отливок: матер. науч.-техн. конф. - Харьков, 1991. - С. 26 - 27.

2. Бондаренко С.И., Гладкий И.П. Влияние

структуры и механических свойств на гидроабразивную износостойкость чугуна // Вестник ХНАДУ. - Харьков: ХНАДУ. - 2008. - Вып. 41. - С. 68 - 70

3. Бондаренко С.И., Демьянец К.А. Исследо-

вание гидроабразивной износостойкости серых и высокопрочных чугунов, мик-ролегированных оловом и сурьмой // Вестник ХНАДУ. Харьков: ХНАДУ. -2008. - Вып. 42. - С. 90 - 93.

4. Бондаренко С.И., Гладкий И.П. Повыше-

ние эксплутационных свойств чугунов, работающих в условиях гидроабразивного износа // Вюник харювськ. дер-жавн. техшч. ушверситету сшьського господарства. - Харюв. - 2003. - Вип. 41. - С. 68 - 70.

Рецензент: В.И. Мощенок, профессор, к.т.н., ХНАДУ.

Статья поступила в редакцию 6 июля 2009 г.