CC BY
23
УДК 621.19
Index Terms: diffusive chromizing, gray cast iron, strength
Ю.Г. Гуревич, В.Е. Овсянников, В.А. Фролов Курганский государственный университет
К ВОПРОСУ ПОВЫШЕНИЯ ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН ИЗ СЕРОГО ЧУГУНА
Аннотация. Рассмотрены вопросы исследования влияния поверхностного упрочнения серого чугуна на статическую прочность. Изучено влияние толщины упрочненного слоя на предел прочности образцов при сжатии. Исследовано влияние легирующих элементов в диффузионном слое на прочность чугуна. Показано, что поверхностное упрочнение позволяет существенно увеличить статическую прочность чугуна.
Ключевые слова: диффузионное хромирование, серый чугун, прочность.
Y.G. Gurevich, V.E. Ovsyannikov, V.A. Frolov Kurgan State University
ABOUT HARDENING OF GRAY CAST IRON COMPONENTS OF TRANSPORTATION VEHICLES
Abstract. The article considers issues of studying the effect of gray cast iron surface hardening on static strength. Thickness effect of the hardened layer on resistance of samples under pressure to rupture is researched. The influence of alloying elements in a diffusive layer on cast iron strength is characterized. It is shown that surface hardening allows for significantly increasing static strength of cast iron.
G. КГ/ММ 2 n s
se
ее
52 _,_,_,_,_| т
а,6 0,7 в,« в,9 1.6 Т мм
б)
а) упрочнение окалиной; б) упрочнение оксидом хрома Рисунок 1 - Зависимость предела прочности на сжатие образцов при различной толщине упрочненного слоя
Введение. Серый чугун используется для изготовления деталей транспортных машин, т.к. обладает хорошими литейными свойствами, сопротивлением абразивному износу благодаря графиту содержащемуся в сплаве, и сравнительно низкой стоимостью. Однако наряду с положительными свойствами у чугуна есть и отрицательные, одним из наиболее существенных среди них является его низкая статическая прочность. Причем упрочнение деталей из серого чугуна осуществляется трудоемкими методами - электролитическим хромированием и лазерной закалкой [1;2], которые позволяют получить небольшую толщину упрочненного слоя (50-100 мкм), что не оказывает существенного влияния на статическую прочность деталей. Авторами был разработан способ диффузионного легирования серого чугуна [3;4], позволяющий упрочнять детали из серого чугуна, с получением толщины упрочненного слоя до 1 мм. В ходе предварительных исследований было установлено, что прочность образцов удается увеличить.
Постановка задачи. Главной задачей работы является исследование влияния поверхностного упрочнения серого чугуна на статическую прочность при сжатии.
Основные результаты работы. В качестве образца были использованы цилиндрические детали, изготовленные из серого чугуна марки СЧ-20 диаметром 10 мм и высотой 15 мм, упрочненные нагревом в контакте с железной окалиной (FeO) и оксидом хрома Сг203. Образцы испытывались на сжатие на гидравлическом прессе П-150М, с максимальным усилием сжатия 15 тонн. Исследовались образцы с толщиной упрочненного слоя от 0.4 до 1.0 мм. Зависимости предела прочности образцов при сжатии от толщины упрочненного слоя приведены на рисунке 1, а на рисунке 2 показана фотография разрушенного образца. Как можно видеть на рисунке 2 , упрочненный слой играет роль «армирующей оболочки», способствующей повышению прочности образца.
Для сравнения были испытаны образцы из неупроч-ненного серого чугуна той же марки, предел прочности которых составил 37.1 кг/мм2 . Таким образом, результаты экспериментов показывают, что использование диффузионного упрочнения серого чугуна позволяет существенно увеличить его прочность. Причем из рисунка 1 видно, что прочность образцов при упрочении оксидом хрома выше, чем при упрочнении окалиной. Это объясняется тем, что присутствие хрома в железоуглеродистом сплаве увеличивает его твердость и прочность и повышает равновесную концентрацию углерода в аустените, увеличивая тем самым закаливаемость.
Рисунок 2 - Разрушенный образец Выводы. Проведенные исследования показали, что
72
ВЕСТНИК КГУ, 2013. № 2
благодаря диффузионному легированию серого чугуна имеется возможность существенно увеличить его статическую прочность. Результаты испытаний образцов показали, что использование оксида хрома для упрочнения позволяет получить более высокую статическую прочность, чем упрочнение с использованием окалины. Проведенные эксперименты показали, что благодаря диффузионному легированию имеется возможность увеличить статическую прочность образцов из серого чугуна в 1.5-3 раза.
Список литературы
1 Майоров, В. С. Закалка чугунных деталей излучением твердотелого
лазера [Текст]/В. С. Майоров, С. В. Майоров // Металловедение и термическая обработка металлов.- 2009.-№3.- С. 6-8.
2 Ковенский, И. М. Металловедение покрытий / И. М. Ковенский,
В. В. Поветкин.- М.: Интермет Инжиниринг, 1999.- 296 с.
3 Гуревич, Ю. Г. Поверхностное упрочнение деталей из феррито-
перлитного серого чугуна [Текст] / Ю. Г. Гуревич, В. Е. Овсянников, В. В. Марфицын, В. А. Фролов // Металловедение и термическая обработка металлов.- 2011. -№7.- С. 10-14.
4. Патент №2406783 (Россия). Способ диффузионного хромирования изделий из чугуна /Ю. Г. Гуревич, В. А. Фролов, В. В, Марфицын, П. А. Суханов // Открытия. Изобретения.- 2010.- №28.- С. 28-31.
УДК 621.19
Ю.Г. Гуревич, В.Е. Овсянников Курганский государственный университет
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РЕАКЦИЙ СОВМЕСТНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ МОЛИБДЕНА И ЖЕЛЕЗА ИЗ ИХ ОКСИДОВ
Аннотация. Исследована термодинамика реакций совместного восстановления молибдена и железа из их оксидов. Показано, что при расчетах восстановления молибдена из его оксида в присутствии железа следует учитывать образование интерметаллида Mo2Fe3.
Ключевые слова: молибден, железо, оксид, энергия Гиббса, восстановление, интерметаллид.
Y.G. Gurevich, V.E. Ovsyannikov Kurgan State University
THERMODYNAMIC ANALYSIS OF THE REACTIONS OF MOLYBDENUM AND IRON COREDUCTION FROM THEIR OXIDES
Abstract.The article studies the thermodynamics for reactions of molybdenum and iron coreduction from their oxides . It shows that, while calculating molybdenum reduction from its oxide with iron present, it is necessary to consider formation of intermetallide Mo2Fe3.
Index Terms: molybdenum, iron, oxide, Gibbs energy, reduction, intermetallide.
Введение
Термодинамические и кинетические особенности низкотемпературного восстановления железа и молибдена изучены достаточно подробно [1-3]. Анализ процессов восстановления молибдена [2;3] показал, что энергетически наиболее выгодным является процесс перехода МоО3 в МоО2. Восстановление МоО3 и МсО2 в металл происходит со значительно меньшей вероятностью. Так как температура перехода МоО3 в МоО2 значительно ниже
температуры перехода МоО2 до металла [3;4], то в равновесии с молибденом при температурах 473-873 К будет более устойчива его двуокись (МоО2). В равновесии с железом при температурах восстановления менее 848 К наиболее вероятным следует считать магнетит.
При совместном восстановлении молибдена и железа из их оксидов характер процесса может значительно измениться как за счет взаимодействия восстанавливаемых металлов, приводящего к образованию твердых растворов и интерметаллидов, так и за счет взаимодействия оксидов. В рассматриваемом интервале температур 473-873 К взаимодействие оксидов отсутствует, что отмечено в работах [4; 5].
В связи с этим термодинамические особенности совместного восстановления молибдена и железа из их оксидов рассматривались в настоящей работе лишь с учетом образования в системе Мо^е твердых растворов и интерметаллидов в соответствии с диаграммой состояния Мо^е. Диаграмма равновесия системы Мо^е (рисунок 1) описана в работах [6;7]. Установлено, что в интервале температур 1713-1873 К растворимость молибдена в железе монотонно уменьшается от 24 до 6,5%.
k>
I
1600 то
I 600
и
600 т
\
и
/ \
f К
£ 1 1
1 1
о 20 чо 60 во т
Ре Мо,%(ат) Мо
Рисунок 1 - Диаграмма состояния Fe-Mo (штриховые линии - результаты расчета)
Растворимость железа в молибдене, определенная с помощью измерения параметров кристаллической решетки, равна 10,5; 6,7; 4,8; 3,6; 2,7% при соответствующих температурах 1713, 1673, 1573, 1473 и 1373 К.
В системе Мо^е установлено также существование
промежуточных фаз 5 и е Промежуточная фаза 5 , представляющая собой химическое соединение MoFe, устойчива лишь в узком интервале температур 1813-1353 К.
В исследуемом интервале температур 473-873 К может выделиться лишь е фаза - интерметаллид, отвечающий формуле Mo2Fe3, что согласуется с последними данными Эллиота [8].
Таким образом, диаграмма равновесия Fe-Mo при температурах выше 873 К из области высоких концентраций железа разработана достаточно полно. Между тем простая экстраполяция линий диаграммы равновесия в область низких температур может привести к неправильным выводам. С другой стороны, высокотемпературная область позволяет определить динамические параметры твердых растворов на основе молибдена и железа, а также изменение энергии Гиббса образования интермитал-лида Мо^е3.
Термодинамические параметры твердых растворов оценены Б.П. Бурылевым [9]. Исходя из предположения о
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 8
73
