Научная статья на тему 'О ПРИМЕНЕНИИ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛООТВОДА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ОТЛИВОК ИЗ ИЗНОСОСТОЙКИХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ'

О ПРИМЕНЕНИИ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛООТВОДА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ОТЛИВОК ИЗ ИЗНОСОСТОЙКИХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

CC BY
36
3
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИЗНОСОСТОЙКИЙ ХРОМИСТЫЙ ЧУГУН / ЛИТЬЕ / КОМБИНИРОВАННЫЕ ФОРМЫ / ВНУТРЕННИЕ ИСТОЧНИКИ ТЕПЛООТВОДА / МАКРОХОЛОДИЛЬНИКИ / ФЕРРОХРОМ / ДРОБЬ ИЗ БЕЛОГО ЧУГУНА

Аннотация научной статьи по технологиям материалов, автор научной работы — Пумпур В. А., Анисович А. Г., Барановский К. Э., Дувалов П. Ю., Андриенко В. М.

Реферат. Исследованы особенности образования отливок из хромистого чугуна при литье в комбинированную структуру с использованием источников теплоотвода, введенных в расплав. Проведена серия экспериментов с износостойким хромистым чугуном ИЧХ18ВМ. В качестве макрохолодильников использовались: пластина из массы толщиной 0,5 мм с добавлением 3-5 % Ti, смесь бура и дробленого феррохрома (1-4 мм), дробь из белого чугуна. Методом рентгеноструктурного анализа определен анализ состава образцов, а также исследование их микроструктуры. Для выборки, произведенной с использованием дроби из чугуна, проведено испытание на твердость. Особое влияние на скорость охлаждения отливки и ее микроструктуру оказывает особенно сильное влияние внутреннего источника теплоотвода. наиболее перспективной оказалась смесь буров и дробленого феррохрома, которые не растворились в зоне расплава и образования с локальным разрушением структуры, а также дроби из белого чугуна - более технологичной альтернативы феррохрому. Применение дроби из белого чугуна приводит к измельчению структуры детали «Список подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна, а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования. которые не растворились в расплаве и образовались зоны с локальным разрушением структуры, а также дробления из белого чугуна - более технологичной альтернативы феррохрому. Применение дроби из белого чугуна приводит к измельчению структуры детали «Список подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна, а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования. которые не растворились в расплаве и образовались зоны с локальным разрушением структуры, а также дробления из белого чугуна - более технологичной альтернативы феррохрому. Применение дроби из белого чугуна приводит к измельчению структуры детали «Список подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна, а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования. а также дроби из белого чугуна - более технологичной альтернативы феррохрому. Применение дроби из белого чугуна приводит к измельчению структуры детали «Список подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна, а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования. а также дроби из белого чугуна - более технологичной альтернативы феррохрому. Применение дроби из белого чугуна приводит к измельчению структуры детали «Список подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна, а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования. а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования. а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся вступившая в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований было выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным механизмом измельчения структуры и практическим способом высвобождения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по технологиям материалов , автор научной работы — Пумпур В. А., Анисович А. Г., Барановский К. Э., Дувалов П. Ю., Андриенко В. М.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

ON APPLICATION OF INTERNAL HEAT SINK SOURCES WHEN PRODUCING CASTINGS FROM WEAR-RESISTANT CHROMIUM CAST IRON

The features of the formation of castings from chromium cast iron during casting in a combined mold are studied using internal sources of heat removal introduced into the melt. A series of experiemеnts has been carried out with wear-resistant chromium cast iron. The following macrocoolers have been used: a 0.5 mm thick silumin plate containing 3-5 % Ti; a mixture of borax and crushed ferrochrome (1-4 mm); white cast iron shot. The phase composition of the samples has been determined by X-ray diffraction analysis, and their microstructure has been also studied. Hardness testing has been carried out on specimens obtained with cast iron shot. The most effective method of using an internal source of heat removal, which has a significant effect on the cooling rate of the casting and its microstructure, has been determined. The most promising was a mixture of borax and crushed ferrochrome particles, which did not dissolve in the melt and formed zones with local structure refinement, as well as white cast iron shot, a more technological alternative to ferrochrome. The use of white cast iron shot has led to a refinement of the structure of the part “Backing sheet У3.1,1 [U3.1.1]” made of wear-resistant chromium cast iron, as well as to an increase in the hardness of its working surface by 2.6 HRC. Almost all of the shot introduced into the melt has been melted. As a result of the research, it has been revealed that the use of ferrochrome and white cast iron shot is an effective way of local structure refinement and a practical possibility of obtaining a part made of chromium cast iron with increased hardness. All this can increase the wear resistance of parts of crushing and grinding equipment.

Текст научной работы на тему «О ПРИМЕНЕНИИ ВНУТРЕННИХ ИСТОЧНИКОВ ТЕПЛООТВОДА ПРИ ПОЛУЧЕНИИ ОТЛИВОК ИЗ ИЗНОСОСТОЙКИХ ХРОМИСТЫХ ЧУГУНОВ»

МАШИНОСТРОЕНИЕ И МАШИНОВЕДЕНИЕ MECHANICAL ENGINEERING AND ENGINEERING SCIENCE

https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-6-464-472 УДК 621.74.04:669.27

О применении внутренних источников теплоотвода

при получении отливок из износостойких хромистых чугунов

Канд. техн. наук, доц. В. А. Пумпур1), докт. физ-мат. наук, проф. А. Г. Анисович2), канд. техн. наук, доц. К. Э. Барановский3), П. Ю. Дувалов1), В. М. Андриенко1)

^Институт технологии металлов Национальной академии наук Беларуси (Могилев, Республика Беларусь),

2)Институт прикладной физики Национальной академии наук Беларуси (Минск, Республика Беларусь),

3)Белорусский национальный технический университет (Минск, Республика Беларусь)

© Белорусский национальный технический университет, 2022 Belarusian National Technical University, 2022

Реферат. Исследованы особенности формирования отливок из хромистого чугуна при литье в комбинированную форму с использованием внутренних источников теплоотвода, введенных в расплав. Проведена серия экспериментов с износостойким хромистым чугуном ИЧХ18ВМ. В качестве макрохолодильников использованы: пластина из силумина толщиной 0,5 мм с содержанием 3-5 % Ti, смесь буры и дробленого феррохрома (1-4 мм), дробь из белого чугуна. Методом рентгеноструктурного анализа определен фазовый состав образцов, а также изучена их микроструктура. Для образцов, полученных с применением дроби из белого чугуна, проведено испытание на твердость. Определен наиболее эффективный способ применения внутреннего источника теплоотвода, оказывающий существенное влияние на скорость охлаждения отливки и ее микроструктуру. Наиболее перспективной оказалась смесь буры и частиц дробленого феррохрома, которые не растворились в расплаве и образовали зоны с локальным измельчением структуры, а также дроби из белого чугуна - более технологичной альтернативы феррохрому. Применение дроби из белого чугуна привело к измельчению структуры детали «Лист подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна, а также к повышению твердости ее рабочей поверхности на 2,6 HRC. Практически вся введенная в расплав дробь расплавилась. В результате проведенных исследований выявлено, что применение феррохрома и дроби из белого чугуна является эффективным способом локального измельчения структуры и практической возможностью получения детали из хромистого чугуна с повышенной твердостью. Все это может повысить износостойкость деталей дробильно-размольного оборудования.

Ключевые слова: износостойкий хромистый чугун, литье, комбинированные формы, внутренние источники тепло-отвода, макрохолодильники, феррохром, дробь из белого чугуна

Для цитирования: О применении внутренних источников теплоотвода при получении отливок из износостойких хромистых чугунов / В. А. Пумпур [и др.] // Наука и техника. 2022. Т. 21, № 6. С. 464-472. https://doi.org/10. 21122/2227-1031-2022-21-6-464-472

On Application of Internal Heat Sink Sources

when Producing Castings from Wear-Resistant Chromium Cast Iron

V. А. Pumpur1), А. G. Anisovich2), K. E. Baranouski3 P. Yu. Duvalau1), V. М. Andryienka

1)

^Institute of Technology of Metals of National Academy of Sciences of Belarus (Mogilev, Republic of Belarus),

2)Institute of Applied Physics of the National Academy of Sciences of Belarus (Minsk, Republic of Belarus),

3)Belarusian National Technical University (Minsk, Republic of Belarus)

Abstract. The features of the formation of castings from chromium cast iron during casting in a combined mold are studied using internal sources of heat removal introduced into the melt. A series of experiemеnts has been carried out with wear-

Адрес для переписки

Дувалов Павел Юрьевич

Институт технологии металлов НАН Беларуси

ул. Бялыницкого-Бирули, 11,

212030, г. Могилев, Республика Беларусь

Тел.: +375 222 64-30-20

lcti@yandex.by

Address for correspondence

Duvalau Pavel Yu.

Institute of Technology of Metals of NAS of Belarus

11, Bialynitskaga-Biruli str.,

212030, Mogilev, Republic of Belarus

Tel.: +375 222 64-30-20

lcti@yandex.by

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

resistant chromium cast iron. The following macrocoolers have been used: a 0.5 mm thick silumin plate containing 3-5 % Ti; a mixture of borax and crushed ferrochrome (1-4 mm); white cast iron shot. The phase composition of the samples has been determined by X-ray diffraction analysis, and their microstructure has been also studied. Hardness testing has been carried out on specimens obtained with cast iron shot. The most effective method of using an internal source of heat removal, which has a significant effect on the cooling rate of the casting and its microstructure, has been determined. The most promising was a mixture of borax and crushed ferrochrome particles, which did not dissolve in the melt and formed zones with local structure refinement, as well as white cast iron shot, a more technological alternative to ferrochrome. The use of white cast iron shot has led to a refinement of the structure of the part "Backing sheet У 3.1,1 [U3.1.1]" made of wear-resistant chromium cast iron, as well as to an increase in the hardness of its working surface by 2.6 HRC. Almost all of the shot introduced into the melt has been melted. As a result of the research, it has been revealed that the use of ferrochrome and white cast iron shot is an effective way of local structure refinement and a practical possibility of obtaining a part made of chromium cast iron with increased hardness. All this can increase the wear resistance of parts of crushing and grinding equipment.

Keywords: wear-resistant chromium cast iron, casting, combined molds, internal heat removal, macrocoolers, ferrochrome, white cast iron shot

For citation: Pumpur V. А., Anisovich А. G., Baranouski K. E., Duvalau P. Yu., Andryienka V. М. (2022) On Application of Internal Heat Sink Sources when Producing Castings from Wear-Resistant Chromium Cast Iron. Science and Technique. 21 (6), 464-472. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2022-21-6-464-472 (in Russian)

Введение

Эффективность работы центробежного дро-бильно-размольного оборудования (ДРО) напрямую зависит от работоспособности деталей основных рабочих элементов. К материалам, из которых изготавливаются эти детали, предъявляется ряд требований, и главные из них -высокая прочность и абразивная стойкость.

Основной фактор, влияющий на срок службы литых деталей ДРО из износостойкого хромистого чугуна (ИЧХ), - скорость кристаллизации отливки, которая напрямую зависит от скорости ее охлаждения в литейной форме. Существенное влияние скорости охлаждения на величину карбидов и, следовательно, на износостойкость отливок из ИЧХ наблюдается при увеличении ее до 10 К/с [1]. Дальнейший рост скорости охлаждения на размере карбидов и износостойкости сказывается незначительно, в связи с чем является нецелесообразным.

Однако вне зависимости от типа литейной формы детали, изготовленные из ИЧХ, имеют гораздо меньшую твердость в центре отливок, чем на поверхности. Так, твердость отбойной плиты УПМ-1,0.001 для ДРО по сечению уменьшается с 60-62 НЯС вблизи поверхности до 51-54 НЯС в середине. Это связано с тем, что в середине отливки размер карбидов в 2-2,5 раза больше, чем на поверхности [2]. Поэтому для улучшения эксплуатационных свойств защитных деталей и увеличения их срока службы важно обеспечить одинаково высокую скорость охлаждения отливок по всему сечению.

Для выравнивания скорости кристаллизации по всему сечению детали применяются способы внутреннего воздействия, например с использованием расплавляемых и нерасплавляе-

мых внутренних холодильников, вводимых в расплав. Положительный эффект от их применения связывают с увеличением переохлаждения объема расплава [3]. Внутренние холодильники (как расплавляемые, так и нерасплав-ляемые) способствуют измельчению структуры отливок и улучшению механических свойств металла [4].

Ранее коллективом авторов была проделана работа по увеличению износостойкости отливок из хромистых чугунов, а также, в частности, по исследованию различных способов преодоления падения твердости и укрупнения микроструктуры в глубине отливки. В [5] изучено легирование износостойких хромистых чугунов Т и а в [2] исследовано влияние способов литья и геометрических параметров деталей из хромистых чугунов на твердость их внутренних слоев. Влияние углерода (от 3,25 до 4,74 %) и типа литейных форм изучено в [6], а различных режимов термической обработки на структуру и механические свойства образцов из ИЧХ18ВМ - в [7]. Ряд исследований был посвящен легированию ниобием заэвтектиче-ского высокохромистого чугуна [8, 9], по итогам которых проводились производственные испытания отбойных плит для центробежных мельниц [10], был получен патент [11].

Методика исследований

В Институте технологии металлов НАН Беларуси выполнялись исследования особенностей формирования отливок из ИЧХ на основе технологии литья с использованием внутренних источников теплоотвода (холодильников). На первом этапе проводили серию экспериментов по литью износостойких хромистых

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

чугунов с внутренними и наружными расплавляемыми и нерасплавляемыми источниками теплоотвода. Образцы отливали в комбинированную форму, в которой средняя и верхняя части изготавливались из холодно-твердеющей смеси, а в качестве нижней части использовалась металлическая плита, покрытая теплостойкой кремнеземной тканью.

Исследования проводили с хромистым чугуном ИЧХ18ВМ, расплав готовили в индукционной печи ИСТ-0,25/0,32И1, разливка происходила при температуре 1380-1420 °С. Температура нижней (металлической) части комбинированной формы перед заливкой составляла 100-120 °С.

Из хромистого чугуна ИЧХ18ВМ отливали:

- образец, полученный без применения холодильников, принятый в качестве эталонного;

- образцы с пластиной из силумина толщиной 0,5 мм с содержанием 3-5 % Ti, пластина укладывалась на теплостойкую ткань нижней плиты комбинированной формы;

- образцы со смесью буры и дробленого феррохрома (1-4 мм) марки ФХ850 (бура в качестве наполнителя для равномерного распределения частиц феррохрома), смесь высыпали на ткань перед заливкой.

Были получены три экспериментальных образца массой 0,8-1,0 кг, один из которых - эталонный. С помощью оптико-эмиссионного спектрометра GNR SCP (Solaris CCD) определяли их химический состав. Фазовый состав образцов исследовали методом рентгенострук-турного анализа на установке «ДРОН 3», оснащенной аппаратно-программным комплексом для управления дифрактометром и обработки результатов измерений. Контроль измерительной системы гониометра осуществляли по стандартному эталонному кристаллу кварца. Микроструктуру образцов изучали с примене-

нием металлографического комплекса на основе инвертированного микроскопа «МИ-1».

На втором этапе проводили эксперименты по заливке детали «Лист подкладной У3.1,1» из износостойкого хромистого чугуна с применением в качестве внутреннего источника теплоотвода дроби чугунной литой (ДЧЛ) производства ОАО «Могилевский металлургический завод» следующего химического состава: С - 2,7-3,2 %, Si - 0,8-1,5 %, Mn - 0,30-0,85 %, P < 0,20 %, S < 0,15 %, Fe - остальное. Химический состав дроби соответствует доэвтектиче-скому белому чугуну.

Дробь подавалась в струю расплава через 4-5 с с момента начала заливки. Для введения дроби использовали швеллер 10П длиной 40 см. Время начала введения дроби в расплав выбирали с такой задержкой, чтобы вся попавшая в расплав дробь локализовалась в верхней части утолщения детали. Перед заливкой дробь нагревали до температуры 120 °C и выдерживали в течение 30 мин для удаления влаги.

Для исследований были отлиты два подкладных листа, в один из которых засыпалась ДЧЛ диаметром 1,4-1,8 мм, а другой служил эталоном. Кристаллическое строение исследовали в среднем сечении детали вдоль высоты с применением металлографического микроскопа Leica DMi8. Для более отчетливого выявления карбидной фазы образцы прошли предварительный отжиг при температуре 960 °C с выдержкой в течение 30 мин и последующим охлаждением в печи СНОЛ-1,6.2,5.1/11-И2. Твердость измеряли на твердомере модели ТК-14-250 по методу Роквелла.

Результаты исследований

Химический состав полученных на первом этапе исследований литейных образцов представлен в табл. 1.

Таблица 1

Химический состав экспериментальных образцов Chemical composition of experimental samples

Образец Содержание элементов, %

C Cr Ni Mn Si W Al V Mo

Эталонный 3,20 18,30 0,28 0,57 0,22 0,40 Следы 0,22 0,22

С пластиной из силумина с содержанием 3-5 % 11 3,42 18,85 0,22 0,50 0,30 0,38 0,3-0,4 0,21 0,33

Со смесью буры и феррохрома 3,30 18,15 0,26 0,51 0,40 0,30 Следы 0,21 0,23

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

В двух образцах наблюдались небольшие отклонения получившегося состава хромистого чугуна от технических условий, в частности содержание вольфрама на 0,02 и 0,10 % меньше, что, впрочем, никак не должно сказаться на результате эксперимента. Также в образце, отлитом на силуминовую пластину с 3-5 % Т1, обнаружен алюминий.

Фазовый состав всех образцов состоял из аустенита, цементита и карбидной фазы состава (Сг, Ре)7С3. Исключение - образец, полученный литьем на смесь буры и феррохрома (верхняя часть образца), в котором отсутствует цементит. Судя по интенсивности линий, образцы могут несколько различаться количеством аустенита и карбидов. Микроструктура в верхней части эталонного образца представлена на рис. 1. При увеличении 500 крат в структуре различимы первичные дендриты аустени-

а

иди)

та (рис. 1а). В междендритном пространстве располагаются эвтектические колонии (рис. 1Ь).

Микроструктуру в нижней части эталонного образца составляли аустенит и карбиды (рис. 2а). Дендриты аустенита выражены менее четко.

В нижней части образца структура более мелкая (рис. 2), что вполне объяснимо, так как нижняя часть формировалась в контакте с металлической плитой, а верхняя - в контакте с холодно-твердеющей смесью. В остальном структуры низа и верха отливки - без существенных отличий.

Микроструктура в верхней части образца, отлитого на пластину из силумина, соответствует микроструктуре доэвтектического хромистого чугуна (рис. 3а). Матрица сплава -аустенит, присутствуют карбиды хрома различной ориентации, а также эвтектические розетки вокруг центральных стержней (рис. 3Ь).

b

Рис. 1. Микроструктура в верхней части эталонного образца Fig. 1. Microstructure at the top part of reference sample

а b

Рис. 2. Микроструктура в нижней части эталонного образца Fig. 2. Microstructure at the bottom part of reference sample

а b

Рис. 3. Микроструктура в верхней части образца, отлитого на пластину из силумина с содержанием 3-5 % Ti Fig. 3. Microstructure at the top part of sample cast on silumin plate with content of 3-5 % Ti

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

В микроструктуре нижней части отливки присутствуют поры и значительное количество неметаллических включений (рис. 4а). В поляризованном свете они показывают опалесци-рующий эффект (рис. 4Ь). Состав включений соответствует оксиду кремния. Вокруг включений наблюдается ободок, в котором матрица сплава приобретает темный цвет. При анализе в растровом микроскопе установлено, что на данном участке произошло перлитное превращение, продукты распада соответствуют перлиту повышенной дисперсности (рис. 4с). Поскольку теплопроводность оксида кремния значительно меньше, чем аустенитной матрицы, включение при кристаллизации остывает медленнее, в силу чего является концентрированным источником теплоты. За счет этой теплоты

успевает произоити перлитное превращение.

В остальном микроструктуры нижней и верхней частей отливки принципиально не отличаются.

Макроструктура в верхней части образца, полученного литьем на смесь буры и дробленого феррохрома ФХ850, представлена на рис. 5.

В структуре образца присутствуют включения феррохрома, температура плавления которого существенно выше температуры расплава. Они являются центрами кристаллизации, от которых расходятся «лучи» направленно закристаллизованной структуры, состоящей из аусте-нита и ориентированных карбидов (рис. 5а). В промежутках между «лучами» располагаются участки структуры, где произошло перлитное превращение (рис. 5Ь).

Ь

Щ§£5 ' ДВПТТТ1Д 100 икм

Рис. 4. Микроструктура в нижней части образца, отлитого на пластину из силумина с содержанием 3-5 % Ti: а - светлопольное освещение; b - поляризованный свет; c - структура матрицы на участке распада аустенита

Fig. 4. Microstructure at the bottom part of sample cast on silumin plate with content of 3-5 % Ti: a - bright field lighting; b - polarized light; c - matrix structure at the site of austenite decay

a

с

Рис. 5. Структура в верхней части образца, полученного литьем на смесь буры и дробленого феррохрома:

а - макроструктура; b - микроструктура

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Fig. 5. Structure at the top part of sample obtained by casting on mixture of borax and crushed ferrochrome:

a - macrostructure; b - microstructure

468

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

Микроструктура в нижней части образца неоднородная (рис. 6а, b) и представляет собой смесь аустенита и карбидов, распределенных неравномерно в зависимости от присутствия крупных включений феррохрома.

Поскольку рентгеноструктурный анализ не зафиксировал иных фаз, кроме аустенита и карбидов, присущих таким чугунам, крупные включения фаз белого цвета следует отнести к карбидам. На рис. 6b показана граница такого крупного карбидного включения, из которого растут дендриты карбидов.

В результате проведенной серии экспериментов имеются следующие результаты. В образце, полученном литьем на пластину из силумина с 3-5 % Ti, явного влияния наружного источника теплоотвода на структуру нижней части образца по сравнению с верхней не выявлено. Образец, отлитый на смесь буры и дробленого феррохрома марки ФХ850, продемонстрировал перспективность применения феррохрома в качестве внутреннего источника теплоотвода. Части-

цы феррохрома ожидаемо не расплавились в хромистом чугуне и выступили холодильниками, вокруг которых сформировались зоны с локальным измельчением структуры. Это натолкнуло на поиск более технологичной альтернативы. Обычно используемые при литье внутренние холодильники растворяются в расплаве, улучшая свойства. Для случая применения ИЧХ полное расплавление частиц хоть и не обязательно, но желательно. Поэтому было принято решение вместо феррохрома использовать дробь чугунную литую при изготовлении экспериментального образца из ИЧХ с внутренними холодильниками в виде дробленых материалов на основе реальной детали для ДРО. В качестве последней выбрали «Лист подкладной У 3.1,1» - сложную деталь переменного сечения, заливаемую в комбинированную форму, в которой средняя часть выполнена из холодно-твердеющей смеси, а верхняя и нижняя части представляют собой металлические плиты (рис. 7).

Ь

Рис. 6. Структура в нижней части образца, полученного литьем на смесь буры и дробленого феррохрома:

а - макроструктура; b - микроструктура

Fig. 6. Structure at the bottom part of sample obtained by casting on mixture of borax and crushed ferrochrome:

a - macrostructure; b - microstructure

а b

J

Рис. 7. Оснастка для литья детали «Лист подкладной У3.1,1»: а - средняя часть из холодно-твердеющей смеси; b - комбинированная форма в сборе

Fig. 7. Equipment for casting part "Backing sheet У3.1,1": a - middle part of cold-hardening mixture; b - combined mold assembly

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

Масса детали «Лист подкладной У 3.1,1» составляла 7,1 кг, масса рабочего элемента (утолщения), выступающего над тонкой частью отливки, - примерно 2,6-2,8 кг, масса дроби -120 г, что соответствует 4,3-4,6 % от массы рабочего элемента. По причине того, что деталь имеет массу, в семь раз большую исследуемых ранее экспериментальных образцов, и более сложную форму, был опробован способ введения дроби в струю расплава, зарекомендовавший себя как наиболее эффективный [12, 13].

В ходе эксперимента были отлиты два подкладных листа, в один из которых засыпалась дробь чугунная литая диаметром 1,4-1,8 мм, а другой служил эталоном. Детали были отлиты из износостойкого хромистого чугуна ИЧХ18ВМ. Химический состав расплава и твердость полученных экспериментальных деталей «Лист подкладной У 3.1,1» представлены в табл. 2.

У подкладного листа, отлитого с применением дроби, твердость больше на 2,6 единицы HRC. Экспериментальная деталь «Лист подкладной У 3.1,1», полученная с использованием дроби в качестве внутреннего источника теплоотвода, представлена на рис. 8.

Как видно из рис. 8, несколько дробинок потоком расплава вынесло на верхнюю (рабо-

чую) поверхность детали. Это позволяет предположить, что, как и ожидалось, большая часть дроби локализовалась в верхней части детали. Изучение изломов обеих деталей показало, что у экспериментального подкладного листа, полученного с применением дроби, заметно измельчение верхнего слоя в несколько миллиметров, с чем предположительно и связана немного более высокая твердость (62,3 ИЯС против 59,7 ИЯС). Вся чугунная дробь, введенная в отливку, расплавилась (за исключением нескольких дробин на поверхности). Микроструктуры двух подкладных листов представлены на рис. 9.

Как видно из рис. 9, введение дроби значительно измельчило микроструктуру. В образце из подкладного листа, отлитого с применением ДЧЛ, крупные первичные карбиды не встречаются и наблюдается большее количество колоний мелких эвтектических карбидов. Следует отметить, что расплавление дроби из белого чугуна вызывает некоторое обеднение химического состава, прежде всего по хрому, которое тем не менее незначительно и им можно пренебречь в связи с малым количеством подаваемой в расплав ДЧЛ.

Таблица 2

Химический состав и твердость экспериментальных деталей Chemical composition and hardness of experimental parts

Образец Содержание элементов, % Твердость рабочей поверхности, HRC

C Cr Ni Mn Si W V Mo

Эталонный (без дроби) 3,59 18,8 0,11 0,47 0,52 0,4 0,16 0,25 59,7

С дробью 62,3

Рис. 8. Экспериментальная деталь «Лист подкладной У3.1,1», изготовленная с применением дроби чугунной литой:

а - общий вид; b - участок поверхности

Fig. 8. Experimental part "Backing sheet У3.1,1", made using shot: a - general view; b - surface area

470

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

Рис. 9. Микроструктура образцов, вырезанных из отливок детали «Лист подкладной У3.1,1»: а - эталон; b - с дробью (увеличение х200)

Fig. 9. Microstructure of specimens cut from castings of the part "Backing sheet У3.1,1": a - standard, without shot; b - using shot (magnification x200)

ВЫВОДЫ

1. В результате проведенной работы по определению материалов для внутренних источников теплоотвода при литье износостойких хромистых чугунов установлено, что применение феррохрома и дроби чугунной литой оказалось эффективным способом локального измельчения структуры.

2. Эксперимент по изготовлению детали «Лист подкладной У3.1,1» с использованием дроби чугунной литой продемонстрировал практическую возможность получения отливки с повышенной твердостью с применением внутреннего источника теплоотвода. Результатом испытаний стало измельчение структуры износостойкого хромистого чугуна, что положительно сказывается на износостойкости и прочности детали, обеспечивая тем самым оптимальный комплекс свойств.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гарбер, М. Е. Износостойкие белые чугуны: свойства, структура, технология, эксплуатация / М. Е. Гарбер. М.: Машиностроение, 2010. 280 с.

2. Структура и твердость литых деталей из износостойких чугунов / Е. И. Марукович [и др.] // Литье и металлургия. 2017. Т. 88, № 3. С. 39-44. https://doi.org/10. 21122/1683-6065-2017-3-39-44.

3. Скребцов, А. М. О переохлаждении расплавленного металла при использовании внутренних расплавляемых кристаллизаторов / А. М. Скребцов, Б. А. Пав-люк // Известия вузов. Черная металлургия. 1993. № 9-10. С. 78-79.

4. О некоторых возможностях измельчения зерна металла отливки при внешнем воздействии на затвердевающий металл / А. М. Скребцов [и др.] // Металл и литье Украины. 1996. № 1-2. С. 30-34.

5. Повышение износостойкости хромистых чугунов / В. М. Ильюшенко [и др.] // Литье и металлургия. 2016. Т. 83, № 2. С. 5-9.

6. Эксплуатационные свойства износостойких хромистых чугунов с разной степенью эвтектичности / Е. И. Марукович [и др.] // Литье и металлургия. 2018. Т. 93, № 4. С. 50-54. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2018-4-50-54.

7. Влияние термической обработки на механические свойства износостойкого хромистого чугуна / Е. И. Марукович [и др.] // Металлургия машиностроения. 2021. № 5. С. 19-22.

8. Хромистый чугун, легированный ниобием / Е. И. Марукович [и др.] // Металлургия машиностроения. 2018. № 1. С. 21-24.

9. Влияние ниобия на структуру и механические свойства заэвтектического износостойкого хромистого чугуна / Е. И. Марукович [и др.] // Литейное производство. 2018. № 12. С. 20-23.

10. Исследование модифицирования хромистых чугунов при литье в песчаную и комбинированную формы / Е. И. Марукович [и др.] // Литейное производство. 2019. № 6. С. 12-14.

11. Износостойкий чугун: пат. 23010 Респ. Беларусь, МПК С22С 37/08 / В. М. Ильюшенко, П. Ю. Дувалов, В. М. Андриенко, К. Э. Барановский, Е. В. Розенберг. Опубл. 30.06.2020.

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

12. Рыжиков, А. А. Расчет и применение суспензионной заливки / А. А. Рыжиков, И. В. Гаврилин // Литейное производство. 1970. № 8. С. 11-13.

13. Особенности теплофизического и физико-химического взаимодействия кипящей стали с введенной в расплав дробью / Л. А. Соколовская [и др.] // Процессы литья. 2000. № 2. С. 35-37.

Поступила 09.06.2022 Подписана в печать 16.08.2022 Опубликована онлайн 30.11.2022

REFERENCES

1. Garber M. E. (2010) Wear-Resistant White Cast Irons: Properties, Structure, Technology, Operation. Moscow, Mashinostroenie Publ. 280 (in Russian).

2. Marukovich E. I., Ilyushenko V. M., Duvalau P. Yu., Kalentsionak A. I., Baranouski K. E. (2017) Structure and Hardness of Castings Made from Wear-Resistant Cast Irons. Litiyo i Metallurgiya = Foundry Production and Metallurgy, 88 (3), 39-44. https://doi.org/10.21122/1683-6065-2017-3-39-44 (in Russian).

3. Skrebtsov A. M., Pavlyuk B. A. (1993) On Supercooling of Molten Metal When Using Internal Molten Crystalli-zers. Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii. Chernaya Metallurgiya = Izvestiya. Ferrous Metallurgy, (9), 78-79 (in Russian).

4. Skrebtsov A. M., Dan L. A., Sekachev A. O., Prokopov A. A. (1996) On Some Possibilities of Grinding the Grain of the Casting Metal under External Action on the Solidifying Metal. Metal i Lityo Ukrainy = Metal and Casting of Ukraine, (1-2), 30-34 (in Russian).

5. Ilyushenko V. M., Duvalov P. Yu., Baranowski K. E., Provorova I. B., Rozenberg E. V. (2016) The Wear Resistance Increase of Chromium Cast Iron. Litiyo i Metal-lurgiya = Foundry Production and Metallurgy, 83 (2), 5-9 (in Russian).

6. Marukovich E. I., Ilyushenko V. M., Korotkin G. P., Duvalov P. Yu., Andrienko V. M., Baranouski K. E. (2018) The Performance Properties of Chromium Cast Irons with Different Degree of Eutectic. Litiyo i Metallurgiya = Foundry Production and Metallurgy, 93 (4), 50-54.

https://doi.org/10.21122/1683-6065-2018-4-50-54 (in Russian).

7. Marukovich E. I., Ilyushenko V. M., Anisovich A. G., Pumpur V. A., Duvalov P. Yu., Andrienko V. M. (2021) An Effect of Heat Treatment on Mechanical Properties of Wear-Resistant Chromium Iron. Metallurgiya Mashi-nostroeniya = Metallurgy of Machinery Building, (5), 19-22 (in Russian).

8. Marukovich E. I., Ilyushenko V. M., Duvalov P. Yu., Anisovich A. G., Baranovskii K. E. (2018) Chromium Cast Iron Alloyed with Niobium. Metallurgiya Mashi-nostroeniya = Metallurgy of Machinery Building, (1), 21-24 (in Russian).

9. Marukovich E. I., Ilyushenko V. M., Duvalov P. Yu., Andrienko V. M., Baranovskiy K. E. (2018) Influence of Niobium on Structure and Mechanical Properties of Hypereutectic Wear-Resistant Chromium Iron. Liteynoe Proizvodstvo = Foundry. Technologies and Equipment, (12), 20-23 (in Russian).

10. Marukovich E. I., Ilyushenko V. M., Pumpur V. A., Duva-lov P. Yu., Andrienko V. M. (2019) Investigation of the Modification of Chromogenous Irons for the Casting in the Sand and Combined Forms. Liteynoe Proizvodstvo = Foundry. Technologies and Equipment, (6), 12-14 (in Russian).

11. Ilyushenko V. M., Duvalov P. Yu., Andrienko V. M., Baranovsky K. E., Rozenberg E. V. (2020) Wear-Resistant Cast Iron. Patent No 23010 Republic of Belarus (in Russian).

12. Ryzhikov A. A., Gavrilin I. V. (1970) Calculation and Application of Suspension Pouring. Liteynoe Proizvodst-vo = Foundry. Technologies and Equipment, (8), 11-13 (in Russian).

13. Sokolovskaya L. A., Osipov V. P., Mamishev V. A., Diyuk E. F. (2000) Features of Thermophysical and Physic-Chemical Interaction of Boiling Steel with Shot Introduced Into the Melt. Protsessy Litya = Casting Processes, (2), 35-37 (in Russian).

Received: 09.06.2022 Accepted: 16.08.2022 Published online: 30.11.2022

Наука

итехника. Т. 21, № 6 (2022)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.