Повышение механических и служебных свойств литых деталей модифицированием наночастицами Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 621.74:669

Р.Г. Миннеханов, Г.Н. Митраков, *Г.Н. Миннеханов,

Омский государственный технический университет, г. Омск *ООО «Супермодификатор сплавов» (ООО «СМС»), г. Омск

ПОВЫШЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ И СЛУЖЕБНЫХ СВОЙСТВ ЛИТЫХ ДЕТАЛЕЙ МОДИФИЦИРОВАНИЕМ НАНОЧАСТИЦАМИ

Повышение требований к надежности и долговечности литых деталей трубопроводной арматуры обуславливает необходимость существенного улучшения структуры литого металла путем снижения его химической неоднородности, улучшения морфологии избыточных фаз и неметаллических включений, снижения размера макро-зерна и достижения однородности свойств на различных по толщине стенки участках отливок.

Одним из наиболее эффективных и дешевых способов повышения механических и служебных свойств отливок из сталей и сплавов является управление формированием избыточных фаз, макро- и микроструктурой отливок путем инокулирующего модифицирования дисперсными, нанодисперсными порошками тугоплавких соединений. Введение наночастиц

399

инокулятора в расплав приводит к изменению содержания кислорода, серы, азота, марганца в объеме расплава за счет их диффузии на межфазные поверхность между частицами иноку -лятора и расплавом. На диффузионную подвижность элементов влияет не только градиент их концентрации между частицей и расплавом, но и поверхностная энергия, существующая на межфазной поверхности между расплавом и частицей. Поверхностная концентрация кислорода, серы, азота и марганца может на порядок превышать равновесную объемную концентрацию элементов в расплаве, что приводит к образованию вокруг частиц инокулятора мельчайших неметаллических включений (НМВ) глобулярной формы. Так, например, модифицирование низкоуглеродистой, среднеуглеродистой стали обеспечивает уменьшение размера НМВ на 25-30%, увеличение их компактности на 30-40% и увеличение доли мелких НМВ в 1,5-2 раза. [1]

Инокулирующее модифицирование дисперсными, нанодисперсными порошками оказывает существенное воздействие и на перлитную фазу в углеродистых сталях. При этом происходит измельчение цементита, его глобуляризацияи уменьшение межфазного расстояния, что благоприятно сказывается на механических свойствах отливок. Например, на отливках из стали 25Л, индукционной плавки, достигается повышение предела прочности на 1015% при увеличении ударной вязкости КСи при -60°С до 0,6-0,8 МДж/м2 [2] Для стали 20Л электрошлаковой плавки инокулирующее модифицирование позволяет увеличить прочностные свойства отливок на 25-30% при повышении их пластичности. Ударная вязкость КСИ при -60°С достигает 1,5-2,0 МДж/м2, при этом вязкая составляющая излома превышает 85%. (рис.1, рис.2).

Модифицирующее действие инокулирующих комплексов зависит от способа приготовления добавок, способа активации инокулятора и состава модифицируемого сплава. Так, обработка нержавеющей стали 12Х18Н9ТЛ комплексом, содержащим нанопорошки карбонит-рида титана, обеспечивает измельчение и глобуляризацию НМВ и карбидных включений, что обеспечивает прирост прочностных свойств на 15-20%, пластичности на 20-25%. Очистка границ зерен от карбидов и НМВ позволяет повысить стойкость отливок против межкри-сталлитной коррозии.

Рис.1. Ударная вязкость образца, из стали 20 Л электрошлаковой плавки, модифицированного наночастицами, образцы с V - образным надрезом

400

Рис.2. Ударная вязкость образца из стали 20 Л электрошлаковой плавки, модифицированного наночастицами, с и - образным надрезом.

Рис.3. Влияние модифицирования на высокотемпературную прочность отливок

из стали 25Х5МЛ

- без модифицирования

- модифицированная наночастицами

401

О 100 200 300 400 500 600 700 Т. *С

д. относительное сужение образца модифицированной с~а^и

-О- относительное удлинение образца, модифицированной стали о~носи~ель^ое сужение образца, без модифициробаия

-¥г относительное удлинение образца, без модифицирования

Рис.4. Влияние модифицирования на высокотемпературную пластичность отливок

из стали 25 x5мл

Проведение опытных плавок стали 12Х5МЛ в условиях литейного производства СЧЛЗ ОАО «Икар» г. Курган показало, что кратковременная высокотемпературная прочность отливок из модифицированной стали на 20-30% выше, чем у паспортного сплава, а длительная 300-часовая прочность выше в 1,5-2 раза (рис.3, рис.4).

Из полученных данных видно, что инокулирующее модифицирование позволяет существенно увеличить межкристаллические и служебные свойства материала литых деталей трубопроводной арматуры.

Библиографический список

1. В.П. Сабуров, Г.Н. Миннеханов, А.М. Черапанов и др., Модифицирование сталей и сплавов дисперсными инокуляторами.: монография. - Омск: ОмГТУ, 2002-212 с.

2. Миннеханов Г.Н., Гурдин В.И., Миннеханов Р.Г. Выбор оптимальных модифиирую-щих комплексов для среднеуглеродистых сталей с повышенной хладностойкостью //Омский научный вестник.-2007. - №2(56).-С. 140-142.