CC BY
71
Литейное материаловедение, специальные способы литья
лггтт^ г: гттт
-Э (52). 2189
/159
Casting of wear-resistant chrome cast irons in combined molds and iron chills is studied. Application of these ways of casting results in blending of carbides and increasing of hardness of castings.
К Э. БАРАНОВСКИЙ, В. М. ИЛЬЮШЕНКО, ИТМ HAH Беларуси
ИЗНОСОСТОЙКОСТЬ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ ЭВТЕКТИЧЕСКОГО СОСТАВА
УДК 621.74:669.13
Износостойкость — важнейшая служебная характеристика хромистых чугунов, причем наибольшей износостойкостью обладают чугуны эвтектического состава. Наиболее объективная информация о износе различных материалов может быть получена только при испытаниях в реальных условиях эксплуатации. В лабораторных условиях точно воспроизвести разнообразие факторов, действующих на изнашиваемую деталь, сложно. Тем не менее, результаты лабораторных испытаний помогают сравнить износостойкость хромистых чугунов между собой. Если последовательность расположения материалов по величине износа при лабораторных испытаниях и в реальных условиях их эксплуатации сохраняется, то можно считать, что избранная методика испытаний может использоваться для оценки износостойкости.
Применение стандартной методики ускоренных испытаний на износ с использованием наждачной бумаги с электрокорундовым покрытием для хромистых чугунов дает очень близкие, мало отличающиеся между собой результаты, независимо от их твердости, химического состава и структуры [1]. Это обусловлено тем, что из-за высокой твердости и остроты частиц абразива износ материалов происходит в основном в режиме микрорезания. В реальных условиях эксплуатации деталей интенсивность износа значительно ниже, так как превалируют отрыв частиц и усталостное разрушение поверхности.
В условиях лабораторных ускоренных испытаний была изучена относительная износостойкость хромистых чугунов эвтектическою состава ИЧХ28Н2, ИЧ320Х18, ИЧХ16МЗ. Механические свойства этих чугунов без термообработки и в термообра-ботанном состоянии приведены в работе [2]. Испытание чугунов проводили в режиме сухого трения с плоскопараллельным перемещением образца относительно пластины из абразивного материала (электрокорунд с размером зерна 0,1-0,063 мм и твердой связкой). С целью затупления зерен поверхностного слоя абразивной пластины проводили ее приработку. В результате этого интенсивность износа уменьшилась в несколько раз и стабилизировалась, а износ из микрорезания перешел в износ с сочетанием многих факторов разрушения поверхности. Испытывали образцы высотой 27 мм с диаметром истираемой поверхности 17,5 мм. Средняя скорость движения образца была 0,25 м/с, а нагрузка - 55 Н. Приработку образца проводили в течение 1,5 ч, а время испытаний составляло 3 ч. Разброс значений нескольких испытаний одного и того же образца не превышал 5%. Коэффициент относительной износостойкости определяли как отношение потери массы при испытаниях эталонного и испытуемого образцов (К = ДбУАО, где АСЭ и АД - потери массы эталонного и испытуемого образца). В качестве эталона использовали образец из чугуна ИЧХ28Н2 без термообработки твер-
Таблица 1. Относительная износостойкость хромистых чугунов эвтектического состава без термообработки и в термообработанном состоянии
Марка чугуна ИЧХ28Н2 ИЧ320Х18 ИЧХ16МЗ
Твердость без термообработки НЯС 52-53 57-58 60-61
Твердость в термообработанном состоянии (закалка) НЯС 61 65 67
Коэффициент относительной износостойкости чугунов без термообработки 1 2,2 5
Коэффициент относительной износостойкости чугунов в термообработанном состоянии (закалка) 2,9 5,5 5,7
ШтггтгГ: rr ггшпглггкп
I 3 (52), 2009-
достью 52-53 НЯС. Результаты испытаний приведены в табл. 1.
Как видно из таблицы, без термообработки наименьшую износостойкость имеет сплав ИЧХ28Н2 с перлитной структурой металлической матрицы, а наибольшую - сплав ИЧХ16МЗ с мартенсито-аустенитной структурой. Следует отметить, что из-за небольших размеров образца для испытаний сплав ИЧХ16МЗ без термообработки имеет в основном мартенситную структуру и высокую твердость (60-61НЯС). Твердость отливок из этого сплава с существенно большим приведенным размером (более 15мм) в литом состоянии составляет 5355 НЯС. Такие отливки обладают более низкой износостойкостью [1].
Термообработка (закалка) повышает износостойкость и твердость всех чугунов. Сплавы ИЧ320Х18 и ИЧХ16МЗ имеют мартенситную структуру металлической матрицы и практически одинаковую износостойкость. Повышение износостойкости чугуна ИЧХ28Н2 после закалки значительно меньше, так как он имеет перлито-аустенитную матри-цу[1,3].
Полученные закономерности подтверждаются результатами натурных испытаний. В табл. 2 приведены результаты производственных испытаний на ОАО «Керамин» прошивочных кернов (формирующих пустоты в кирпиче из глинистой керамической массы). Керны массой 50 г имели призматическую форму.
Прошивочные керны испытывали до критического износа керна из чугуна ИЧХ28Н2 при непрерывной совместной работе в течение 240 ч. Меньшая разница в износостойкости различных чугунов при испытаниях в промышленных условиях по сравнению с лабораторными объясняется нали-
чием в керамической массе до 5% гранитного отсева острой формы (размер частиц до 5 мм), резко увеличивающими износ за счет микрорезания.
Следует отметить, что при всех видах испытаний износостойкость чугуна ИЧХ28Н2 в литом состоянии была значительно ниже, чем у остальных чугунов. Чугун ИЧХ28Н2 был разработан более чем 40 лет назад как износостойкий материал для работы в коррозионных средах. Однако в условиях абразивного воздействия износостойкость этого материала сравнительно невысокая [1,4].
В Республике Беларусь в настоящее время более 90% отливок из износостойких чугунов изготавливается из сплава ИЧХ28Н2. Замена этого чугуна для работы в абразивных средах без коррозионного воздействия более износостойким чугуном является актуальной. Следует отметить, что чугун ИЧХ28Н2 обладает высокими механическими свойствами (прочностью при растяжении и ударной вязкостью) [2], поэтому использование сплавов ИЧХ16МЗ и ИЧ320Х18 как заменителей ИЧХ28Н2 проблематично, так как эти чугуны имеют более низкие механические свойства [2] и дорогие из-за высокого содержания легирующих элементов.
ИТМ HAH Беларуси разработан экспериментальный эвтектический износостойкий хромистый чугун, содержащий 16-20% Cr, и экономнолеги-рованный (Mn, W, V, Ni, Mo). Механические свойства и износостойкость разработанного чугуна и сплавов ИЧХ28Н2 и ИЧХ16МЗ приведены в табл. 3.
Разработанный ИТМ HAH Беларуси экспериментальный чугун имеет более высокую износостойкость и механические свойства, чем самый распространенный в Беларуси и СНГ сплав ИЧХ28Н2. Его стоимость существенно ниже, чем у сплава
Таблица 2. Относительная износостойкость прошивочных кернов из эвтектических хромистых чугунов
Марка чугуна ИЧХ28Н2 (без термообработки) ИЧ320Х18 (термообработанный) ИЧХ16МЗ (термообработанный)
Твердость HRC 53-54 64 65
Коэффициент относительной износостойкости* 1 1,25 1,44
* Эталон - чугун ИЧХ28Н2 без термообработки.
Таблица 3. Механические свойства и относительная износостойкость хромистых чугунов эвтектического состава
Марка чугуна ИЧХ28Н2 без термообработки ИЧХ16МЗ термообработанное состояние (закалка) Экспериментальный износостойкий чугун (закалка)
Твердость НЛС 52-53 67 66
Ударная вязкость, Дж/см2 11,4 5,8 13,5
Предел прочности при растяжении, МПа 395 315 425
Коэффициент относительной износостойкости* 1 5,7 5,9
* Эталон - чугун ИЧХ28Н2 без термообработки (испытания в лабораторных условиях).
tzmMwmri lißi
-3(52),2009 / IUI
ИЧХ16МЗ при более высоких механических свойствах и износостойкости. В настоящее время из экспериментального сплава изготавливаются работающие в абразивной среде детали оборудования по производству кирпича из глины, имеющие ресурс работы не ниже, чем из сплава ИЧХ16МЗ. Детали центробежных мельниц из разработанного
сплава при размоле кварцевого стекла показали ресурс работы в 8-9 раз выше, чем такие же детали из сплава ИЧХ28Н2.
Разработанный ИТМ HAH Беларуси эвтектический износостойкий чугун перспективен для литья деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного воздействия.
Литература
1. Ц ы п и н И. И. Белые износостойкие чугуны. М.: Металлургия, 1983.
2. Барановский К. Э., Ильюшенко В. М. Механические свойства хромистых чугунов эвтектического состава // Литье и металлургия. 2008. № 2. С. 23-24.
3.Гарбер М. Е. Отливки из белых износостойких чугунов. М.: Машиностроение, 1972.
4. Рожкова Е. И., Кирилов А. А, Зуев И. Е., Дядькова А. Ю. Исследование абразивно-коррозионной стойкости хромистых чугунов //Литейщик России. 2005. № 12. С. 8-9.
