CC BY
64
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
УДК 669.15
© Нетребко В.В.*
ОСОБЕННОСТИ МЕЖФАЗНОГО РАСПРЕДЕЛНИЯ МАРГАНЦА В ВЫСОКОХРОМИСТЫХ ЧУГУНАХ
Показано, что распределение марганца между карбидами и металлической основой в высокохромистых чугунах зависит от содержания марганца в сплаве. Легирование карбидов марганцем повышает их твердость.
Ключевые слова: чугун, марганец, микроструктура, карбиды, микротвердость.
Нетребко В.В. Особливостi розподыу марганцю noMirn: фазами у високохроми-стих чавунах Показано, що розподш марганцю м1ж карб1дами та матрицею у ви-сокохромистих чавунах залежить в1д кыькост! марганцю в чавут. Легування кар-б1д1в марганцем тдвищуе гх тверд1сть.
Ключoвi слова: чавун, марганець, макроструктура, карб1ди, мтротверд1сть.
V. V. Netrebko. The particularities of manganese distribution in high-chromium cast irons. It is established that distribution of manganese between carbides and metallic base in high-chromium cast irons depends on manganese content in the alloy. Alloying of carbides with manganese increases its hardness.
Keywords: cast iron, manganese, microstructure, carbides, micro-hardness.
Постановка проблемы. Белые износостойкие чугуны с высоким содержанием хрома являются многокомпонентными сплавами с разнообразными структурами и широким диапазоном физических и химических свойств. Химический состав карбидной фазы во многом предопределяет эксплуатационные свойства отливок. Имеющиеся к настоящему времени литературные данные о межфазном распределении легирующих элементов в высокохромистых белых чугу-нах не позволяют объективно оценить влияние этих элементов на процессы структурообразо-вания и свойства указанных сплавов.
Анализ последних исследований и публикаций. При производстве белых износостойких чугунов применяются следующие системы легирования: хром, хром-никель, хром-марганец, хром-никель-марганец и др. При этом хром выполняет роль ферритообразующего и карбидообразующего элемента и основного элемента, обеспечивающего износостойкость и коррозионную стойкость, никель - аустенитообразующего элемента, повышающего вязкость разрушения, марганец - аустенитообразующего, стабилизирующего аустенит и карбидообра-зующего элемента [1-4]. По сродству к углероду марганец занимает промежуточное положение между хромом и железом. Кроме этого, известно использование марганца как частичного заменителя никеля.
Марганец, обладая большим сродством к углероду, замещает железо в цементите и карбидах хрома, при этом образуются железо-хромистые карбиды, легированные марганцем. Изменение химического состава карбидов по хрому и марганцу приводит к изменению их свойств и, как следствие, оказывает влияние на эксплуатационные свойства сплава. Влияние марганца на структуру и свойства чугунов описано в литературе [5-9] не в полной мере, что требует проведения дополнительных исследований.
Цель работы заключалась в определении межфазного распределения марганца и влияния его на процессы карбидообразования, изменение химического состава и свойств карбидов в высокохромистых чугунах.
Материал и методики исследований. Объектом исследований были чугуны состава, масс. %: углерод 3,0-3,5; хром 16,5-18,0; никель 0,98-2,11; кремний 0,8-1,1; марганец 0,71-5,89. Чугун выплавляли в индукционной печи емкостью 60кг с основной футеровкой. Температура жидкого чугуна при заливке в сухие песчаные формы составляла 1410...1430°С. В процессе фракционного легирования металлическим марганцем были получены сплавы, содержащие от
докторант, ГВУЗ «Запорожский национальный технический университет», г. Запорожье
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
0,71 до 5,89 % Мп. Для выявления структурных составляющих применяли травитель Марбле. После травления а- фаза имела черный фон, а у- фаза - светлый. Оценка микроструктуры осуществлялась с использованием методов количественной металлографии. Методами микрорент-геноспектрального анализа на микроскопе РЕМ 106И исследовали изменение химического состава металлической основы и карбидной фазы, анализ структуры выполняли на оптическом микроскопе МИМ-8, микротвердость структурных составляющих измеряли на приборе ПМТ-3 и Duramin-1, макротвердость сплава - на твердомере Роквелла.
Изложение основного материала. Структура исследуемых высокохромистых чугунов состояла из легированной металлической основы и карбидов (рис.1). При этом по мере увеличения содержания марганца в сплаве происходило увеличение количества карбидной фазы с 22 при содержании марганца 0,71% до 30 % при 5,89 % Мп и укрупнение карбидов (рис.2).
0,71 % Мп
2,07 % Мп
4,37 % Мп
5,89 % Мп
Рис. 1 - Типичные микроструктуры высокохромистых чугунов с различным содержанием марганца: слева х150, справа х370
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2013р. Серiя: Техшчш науки Вип. 26
ISSN 2225-6733
Рис. 2 - Влияние марганца на количество карбидов в высокохромистых чугунах
Увеличение содержания марганца в сплаве также привело к существенным изменениям химического состава карбидов: в них снижалось содержание железа и увеличивалось содержание марганца при незначительном увеличении содержания хрома (рис.3). При этом суммарное количество карбидообразующих элементов практически не изменялось и составляло 93,5 ± 1 %.
Рис. 3 - Влияние количества марганца в сплаве на содержание Сг, Fe, Мп в карбидах
Анализ химического состава карбидов и металлической основы показал, что имеет место специфическое распределение легирующих элементов между структурными составляющими, зависящее от количества легирующего элемента.
Соотношение марганца в карбидах (Мпкар) к марганцу в основе (Мпосн) изменялось в зависимости от количества марганца в сплаве (рисунок 4). При содержании марганца в сплаве 0,71 %, он незначительно присутствовал в карбидах, соотношение Мпкар/Мпосн при этом составило 0,28.По мере увеличение количества марганца в сплаве соотношение Мпкар/Мпосн возрастало и достигало 0,96 при 4 % марганца и практически оставалось неизменным при увеличении содержания марганца до 5,89 %.
В1СНИК ПРИАЗОВСЬКОГО ДЕРЖАВНОГО ТЕХШЧНОГО УН1ВЕРСИТЕТУ 2013р. Серiя: Техшчш науки Вип. 26
ISSN 2225-6733
Рис. 4 - Влияние содержания Мп на его распределение между карбидами и металлической основой
Методами микрорентгеноспектрального анализа обнаружено наличие кремния и никеля в составе карбидов. Соотношение Siкар/Siocн составило 0,3 при содержании кремния около 1 % в сплаве. Никель, при содержании до 0,98 % в сплаве, практически не наблюдался в карбидах. При увеличении никеля до 2,11 % соотношение №кар/№осн составило 0,1.
Изменения химического состава структурных составляющих вызвало изменение их микротвердости и, соответственно, макротвердости сплава (рисунок 5). При увеличении содержания марганца от 0,71 до 4,37 % наблюдалось одновременное увеличение микротвердости карбидов и металлической основы, что сопровождалось увеличением твердости сплава (HRC). Увеличение
Серiя: Технiчнi науки ISSN 2225-6733
твердости чугуна объясняется увеличением количества карбидов и а-фазы [10]. При содержании марганца свыше 4,37 % начало преобладать его аустенитообразующие действие. При 5,89 % марганца металлическая основа была полностью аустенитной, это вызвало снижение микротвердости металлической основы и привело к снижению макротвердости сплава.
1500 --
300 --
0 1 2 3 4 5 6
Содержание Мп в сплаве, мае. %
Рис. 5 - Влияние марганца на твердость чугуна и микротвердость структурных составляющих
Проведенные исследования показали существенное влияние марганца на химический состав карбидов и механические свойства высокохромистых чугунов.
Выводы
1. Установлено, что Мп замещает Fe в составе карбидов в высокохромистом чугуне, при увеличении содержания Мп с 0,7 до 5,9 % содержание Fe в карбидах снижалось с 45 до 37 %, содержание Мп возрастало с 0 до 6 %.
2. С ростом содержания марганца в исследуемых пределах имело место увеличение количества карбидов с 22 % до 30 % при одновременном повышении их микротвердости.
3. Легирование марганцем в количествах до 3,8-4,5 % способствовало повышению твердости металлической основы, более высокие содержания марганца приводили к образованию ау-стенитной структуры и, соответственно, снижению ее микротвердости и макротвердости (HRC) сплава.
4. Результаты исследований показали, что с точки зрения твердости Fe-Cr-Mn чугунов оптимальным является содержание марганца, равное 3,8-4,5 %.
Список использованных источников:
1. Гарбер М.Е. Отливки из белых износостойких чугунов / М.Е. Гарбер. - М.: Машиностроение. 1972. - 112 с.
2. Цыпин И.И. Белые износостойкие чугуны. Структура и свойства / И.И. Цыпин. - М.: Металлургия. 1983. -176 с.
3. Герек А. Легированный чугун - конструкционный материал / А. Герек, Л. Байка. - М.: Металлургия. 1978. - 208 с.
4. Комаров О С. Высокохромистый чугун как материал для быстро изнашиваемых деталей машин / О.С. Комаров [и др.] // Литейное производство. - 2008. -№ 2. - С.2-4.
5. 1ванов Д. Абразивна стшюсть проти спрацювання високохромистого чавуну / Д. 1ванов, О. Митяев // Машинознавство. - 2000. - №10. - С.22-25.
6. Капустин М.А. Оптимизация химического состава износостойкого чугуна для литых мелющих шаров / М.А. Капустин, И.А. Шестаков //Новi матерiали i технологи в металурги та машинобудуванш. - 1999. -№2. - С.32-33.
7. Гудремон Э. Специальные стали / Э. Гудремон. - М.: Металлургия. 1966. Т.1 -736 с.
Серiя: Техшчш науки ISSN 2225-6733
8. Чейлях А.П. Экономнолегированные метастабильные сплавы и упрочняющие технологии / А.П. Чейлях. - Харьков: ННЦ ХФТИ. 2003. -212 с.
9. Кириллов А.А. Структурно и неструктурно чувствительные свойства хромистых чугунов / А.А. Кириллов [и др.] // Черные металлы. - 2007. - сентябрь. - С.7-13.
10. Волчок И.П. Влияние марганца на процессы структурообразования износостойких высокохромистых чугунов / И.П. Волчок, В.В. Нетребко // Строительство, материаловедение, машиностроение: Сб. науч. трудов. - Дн-вск.: ПГАСА. - 2012. - Вып. 64. - С.301-304.
Bibliography:
1. Garber M. Castings from white wear resistant cast irons / M. Garber. - M.: Mashinostroenie. 1972. - 112 p. (Rus.)
2. Tsypin I.I. White wear resistant cast irons. Structure and properties / I.I. Tsypin. - M.: Metal-lurgiya. 1983. - 176 p. (Rus.)
3. Gerek A. Alloy cast iron - structural material / A. Gerek, Bajka L. - M.: Metallurgiya. 1978. -208 p. (Rus.)
4. Komarov O.S. High-chromium cast iron as a material for rapidly worn out machine parts / O.S. Komarov [and others] // Litejnoe proizvodstvo. - 2008. -№ 2. - P.2-4. (Rus.)
5. Ivanov D. Abrasive resistance against high-chromium cast iron wearing out / D. Ivanov, O. Mityayev // Mashinoznavstvo. - 2000. - №10. - P.22-25. (Ukr.)
6. Kapustin M. Optimization of chemical content of wear resistant cast iron for cast grinding balls / M. Kapustin, I.Shestakov // Novi materialyitechnologii v metalurgii ta mashinobuduvanni. - 1999. -№2. - P.32-33.(Rus.)
7. Gudremon E. Special steels / E. Gudremon // M.: Metallurgiya. 1966. V. 1 -736 p. (Rus.)
8. Chejlyah A.P. Economically alloyed metastable alloys and strengthening technologies / A.P. Chejlyah. - Charkov.: NNC HFTI. - 2003. - 212 p. (Rus.)
9. Kirillov A.A. Structurally and non-structurally sensitive properties of chromium cast irons / A.A. Kirillov [and others] // Chernye metally. - 2007. -September - P.7-13. (Rus.)
10. Volchok I. P. Manganese influence of the structure formation properties of wear resistant high-chromium cast irons / I.P. Volchok, V.V. Netrebko // Stroitelstvo, materialovedenie, mashinostroenie. Collection of scientific works.- Dnepropetrovsk.: PGASA. - 2012. - Issue 64. - P.301-304. (Rus.)
Рецензент: В.Г. Ефременко
д-р техн. наук, проф., ГВУЗ «ПГТУ»
Статья поступила 18.02.2013
УДК 669.15.74. 194- 15.669.17
© Малинов Л.С.1, Бурова Д.В.2
ВЛИЯНИЕ ЗАКАЛКИ ИЗ МЕЖКРИТИЧЕСКОГО ИНТЕРВАЛА ТЕМПЕРАТУР (МКИТ) И ПОСЛЕДУЮЩЕГО ВЫСОКОГО ОТПУСКА НА СТРУКТУРУ И СВОЙСТВА СТАЛЕЙ 40ХН И 40ХН2МА
Приведены результаты исследований по получению хорошего сочетания механических свойств сталей 40ХН и 40ХН2МА термообработками, включающими нагрев в МКИТ, создающими в них микронеоднородную многофазную структуру.
Ключевые слова: межкритический интервал температур, мартенсит, феррит, метастабильный аустенит, закалка, высокий отпуск, механические свойства.
1 д-р техн. наук, профе^ор, ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
2 аспирант ГВУЗ «Приазовский государственный технический университет», г. Мариуполь
