CC BY
705.16.09 - Материаловедение (по отраслям) (технические науки) DOI: 10.257127ASTU.2072-8921.2019.02.029 УДК 620.172
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНОЙ ЭНТРОПИИ НА ШТАМПУЕМОСТЬ ЛИСТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ АД0 (1011) И Д16 (1160)
Н. В. Селиверстова
При оптимизации процесса штамповки актуальным является установление закономерностей формирования однородной зеренной структуры. Однородность структуры листовых полуфабрикатов определяет их способность к операциям листовой штамповки. Характеристикой однородности структуры может служить уровень энтропии. Целью работы было установление зависимости штампуемости от структурной энтропии. В работе представлены результаты обработки кривых растяжения листовых заготовок из алюминиевых сплавов АД0 и Д16, полученных после холодной деформации и отжига при температурах 420 и 500 °С. Представлены результаты микроструктурных исследований сплава Д16 после отжига 420 °С при выдержки 6 минут и 12 минут, которые свидетельствуют о возникновении неоднородности структуры при рекристаллизации в сплаве Д16 и снижении штампуемости. Представлены графики зависимости структурной энтропии, числа текучести образцов из сплавов АД0 и Д16 при увеличении продолжительности выдержки при отжиге. Установлена связь между увеличением продолжительности выдержки при отжиге и изменением структурной энтропии и числом текучести. Показано влияние структурной энтропии на число текучести. Выявлено, что с увеличением продолжительности выдержки при отжиге уровень структурной энтропии у обоих сплавов увеличивается.
Ключевые слова: алюминиевые сплавы, энтропия, штампуемость, холодная деформация, термическая обработка, зеренная структура, число текучести.
ВВЕДЕНИЕ
С целью уменьшения массы изделий, а, следовательно, и экономии топлива, в транспортной отрасли широкое применение получили алюминиевые сплавы, обладающие хорошими прочностным характеристикам и достаточно низкой стоимостью по сравнению с композитами [1-4].
К таким сплавам относятся сплавы системы А1-Си-Мд, в частности, высокопрочный сплав Д16, применяемый в кузовах автомобилей, бурильных труб, конструкциях верхнего крыла самолета [5].
В данной работе в качестве исходных заготовок исследовали высокопрочный сплав Д16 и для сравнения использовали технический алюминий АД0.
При изготовлении деталей актуальным является повышение способности материала к штампуемости [6]. Способность к листовой штамповке оценивается как механическими, так технологическими свойствами [7-10]. Технологические свойства зависят от структурных особенностей, в частности, от размера зерна и его однородности. Сплавам, основным легирующим элементом которых является медь, уделяют особое внимание из-за их высокой прочности, хорошей формуемости и других механических свойств [11-12].
Характеристикой однородности структуры может служить уровень энтропии.
Величину изменения структурной (кон-ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2 2019
фигурационной) энтропии рассчитывают по следующей формуле [13]:
п
А^ =-х 1п, (1)
1=1
где п - количество компонентов; XI - мольная доля компонента; Р = 8,314 Дж/моль*К -универсальная газовая постоянная.
Улучшение механических свойств сплава возможно, например, при деформационной и термической обработке. При этом структура, а, следовательно, и структурная энтропия может изменяться [1 5-16].
Предложенный Н.Г. Колбасниковым [17] подход для оценки изменения структурной энтропии на основании результатов стандартных испытаний на одноосное растяжение позволяет оценить изменение структурной энтропии с помощью измерения внутренних напряжений, которые могут быть связаны с энергией, поглощённой или рассеянной материалом в процессе структурных изменений.
Предлагаемая статья представляет результаты обработки диаграмм растяжения алюминиевых сплавов АД0 и Д16 после холодной пластической деформации и рекри-сталлизационного отжига. Установлена зависимость между изменением числа текучести указанных сплавов и структурной энтропии. Показана связь изменения числа текучести со стадиями структурных превращений.
МЕТОДИКА И МАТЕРИАЛЫ
В качестве исходных заготовок применяли алюминиевые сплавы АД0 и Д16 в виде листовых заготовок толщиной 1,5...2 мм. Отжиг образцов из сплава АД0 и Д16 после холодной прокатки со степенью обжатия 20 % проводили при температурах 500 °С и 420 °С соответственно в течение 3-33 минут. Продолжительность отжига рассчитывали по методике, представленной в [18] для условия статической рекристаллизации. Короткие выдержки были выбраны для установления возможности протекания первичной рекристаллизации, но с сохранением деформированной структуры.
Для установления механических свой-стви расчета структурной энтропии образцы подвергали испытаниям на одноосное растяжение по ГОСТ 1497.
Микроструктуру поверхности образцов вдоль направления проката исследовали на оптическом микроскопе после травления в течение 1 минуты в составе 95 % H2O, 2 % HF, 3 % HNO3.
Штампуемость оценивали с помощью числа текучести, которое рассчитывали по формуле, равной отношению 00,2/ а.
Согласно положениям, изложенным в источниках [18, 19], структурная энтропия
может быть рассчитана по формуле:
¡Л°*) * 1п/(о*)4а*, (2)
ст=0
где ^а*) - плотность вероятности безразмерного предела текучести.
Безразмерная величина напряжений может быть рассчитана по формуле а*=а/Е, где а - размерные значения напряжений (МПа); E - модуль нормальной упругости Юнга (МПа).
Для нахождения ^а*) в этих же источниках [18, 19] предложена методика анализа кривых растяжения образцов с различной степенью дефектности (деформации, отжига, упрочняющей термообработки). Для этого необходимо провести испытания на одноосное растяжение и для кривой растяжения подобрать аппроксимирующую функцию с максимальным коэффициентом корреляции.
Аналогично была подсчитана структурная энтропия для каждого образца из сплава АД0.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Изменение структурной энтропии, числа текучести образцов из сплавов АД0 при продолжительности выдержки при отжиге от 9 до 33 минут представлено на рисунке 1.
350000
5
с о о.
II
<п >5
0
1
.
> .
300000
250000
200000
150000
100000
01
I
01 I 01
50000
-50000
1,2
У 0,8 I 01
0,6 и
о е;
0,4 х т
0,2
0
Продолжительность выдержки при отжиге, минуты
1
0
Рисунок 1 - Изменение структурной энтропии, числа текучести образцов из сплава АД0 при увеличении продолжительности выдержки при отжиге от 9 до 33 минут: 1 - число текучести;
2 - структурная энтропия
Из рисунка 1 видно, что при малых выдержках отжига образцов из технического алюминия АД0 до 17 минут существенного изменения структурной энтропии по сравнению с нагартованным состоянием не происходит, хотя для экспериментальных данных
наблюдается существенный разброс. Несмотря на незначительное изменение структурной энтропии число текучести заметно снижается, что способствует повышению штампуемости. Увеличение продолжительности выдержки при отжиге образцов из техни-
ВЛИЯНИЕ СТРУКТУРНОЙ ЭНТРОПИИ НА ШТАМПУЕМОСТЬ ЛИСТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ
СПЛАВОВ АД0 (1011) И Д16 (1160)
ческого алюминия АД0 до 17 минут приводит к росту средних значений структурной энтропии, уменьшается разброс данных. При этой продолжительности выдержки наблюдается минимальное значение числа текучести. Более длительные выдержки приводят к тому, что среднее значение структурной энтропии не изменя-
ется, а разброс данных становится небольшим.
Для числа текучести длительные выдержки приводят к незначительному подъёму.
Изменение структурной энтропии, числа текучести образцов из сплавов Д16 от продолжительности выдержки при отжиге от 3 до 12 минут представлено на рисунке 2.
С О о.
I-
х
<п >5
0
1
.
> .
I-
и 01
I
01 I 01
3500000 3000000 2500000 2000000 1500000 1000000 500000 0
п ^ .
-
/ А
/ ^^ ♦
СТ 2 ^^ ♦
0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0
01 т
ЗГ 01 I-
о е; и
т
0 2 4 6 8 10 12 14 Продолжительность выдержки при отжиге, минуты
Рисунок 2 - Изменение структурной энтропии, числа текучести образцов из сплавов Д16 при увеличении продолжительности выдержки при отжиге от 3 до 12 минут: 1 - число текучести;
2 - структурная энтропия
Из рисунка 2 видно, что при малых выдержках отжига образцов из сплава Д16 до 3 минут наблюдается незначительное увеличение структурной энтропии по сравнению с нагартованным состоянием. Несмотря на незначительное изменение структурной энтропии, число текучести увеличивается. Увеличение продолжительности выдержки при отжиге образцов сплава Д16 до 6 минут приводит к росту средних значений структурной энтропии, уменьшается разброс данных. При этой продолжительности выдержки наблюдается максимальное значение числа текучести. Более длительные выдержки приводят к увеличению среднего значения структурной энтропии, при этом наблюдается небольшой разброс данных. Для числа текучести длительные выдержки приводят к незначительному снижению. Это может быть связано с процессами рекристаллизации. У образцов из сплава АД0 порог рекристаллизации ниже, чем у образцов из сплава Д16 [20], что приводит к возникновению неоднородности структуры при рекристаллизации в сплаве Д16 и снижению штампуемости, которое сопровождается повышением числа текучести. Микроструктурные исследования, подтверждающие это
наблюдение, представлены на рисунке 3.
б)
Рисунок 3 - Микроструктура сплава Д16 после отжига 420 °С: а) 6 минут; б) 12 минут
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1. В сплавах АД0 и Д16 при отжиге образцов наблюдается увеличение структурной энтропии. Причем значения структурной энтропии образцов из сплава Д16 значительно больше значений структурной энтропии образцов из сплава АД0. Это объясняется высоким содержанием легирующих элементов в составе Д16, которые повышают неоднородность структуры, в т. ч. за счёт образования дисперсных фаз.
2. Для образцов из сплава АД0 увеличение продолжительности выдержки при отжиге образцов до 17 минут приводит к уменьшению числа текучести, что способствует повышению штампуемости.
3. Для образцов из сплава Д16 увеличение продолжительности выдержки при отжиге сопровождается повышением числа текучести, что приводит к снижению штампуемости.
4. Для обоих сплавов изменение уровня структурной энтропии влияет на число текучести. Для технического алюминия марки АД0 число текучести снижается, а для Д16 повышается и достигает максимальных значений.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Froes, F.H. Advanced metals for aerospace and automotive use / F.H. Froes // Mater. Sci. Eng. -1994. - A 184 - Р. 119-133.
2. Henriksson, F. On material substitution in automotive BIWs - from steel to aluminum body sides Procedia / F. Henriksson, K. Johansen // CIRP. -2016. - № 50. - Р. 683-688.
3. Hirsch, J. Automotive trends in aluminium -the European perspective Mater / J. Hirsch // Forum. -2004. - Р. 15-23.
4. Heinz, A. Recent development in aluminium alloys for aerospace applications / A. Heinz, A. Haszler, C. Keidel, S. Moldenhauer, R. Benedictus, W. Miller // Mater. Sci. Eng. - 2000. - A 280. - Р. 102-107.
5. Dursun, T. Recent developments in advanced aircraft aluminium alloys / T. Dursun, C. Soutis // J. Mater. - 2014. - № 56. - Р. 862-871.
6. Третьяков, А.В. Механические свойства металлов и сплавов при обработке давлением [Текст] // А.В. Третьяков. - М. : Металлургия, 1973. - 53 с.
7. Mirzaei, M. Microstructure and mechanical properties relation in cold rolled Al 2024 alloy determined by X-ray line profile analysis / M. Mirzaei, M.R. Roshan, S.A. JenabaliJahromi // Materials Science and Engineering. - 2015. - Р. 44-49.
8. Zhang, J.X. Effect of initial grain size on the recrystallization and recrystallization texture of cold-rolled AA 5182 aluminum alloy / J.X. Zhang, M. Ma, W.C. Liu // Materials Science & Engineering.- 2017. -A 690. - Р. 233-243.
9. Xu, L.Fatigue life prediction of aviation alu-
minium alloy based on quantitative pre-corrosion damage analysis, Trans / L. Xu, X. Yu, L. Hui, S. Zhou // Nonferrous Met. Soc. China. - 2017. - № 27. -Р. 1353-1362.
10. Barnwala, V.K. Effect of microstructure and texture on forming behaviour of AA-6061 aluminium alloy sheet / V.K. Barnwala, R. Raghavanb, A. Tewar-ia, K. Narasimhand, K. Sushil // Materials Science & Engineering. - 2017. - A 679. - Р. 56-65.
11. Kacar, H. The effect of precipitation-hardening conditions on wear behaviours at 2024 aluminium wrought alloy / H. Kacar, E. Atik, C. Meric // J. Mater Proc. Tech. - 2003. - № 142. - Р. 762-766.
12. Chernyatin, A.S. Multi-approach study of crack-tip mechanics on aluminium 2024 alloy / A.S. Chernyatin, P. Lopez-Crespo, B. Moreno, Yu. G. Matvienko // Theoretical and Applied Fracture Mechanics. - 2018. -V. 98. - Р. 38-47.
13. Kumar, K.P. Fabrication and characterization of 2024 aluminium - High entropy alloy composites / K.P. Kumar, M.G. Krishna, J.B. Rao // N.R.M.R. Bhar-gava Journal of Alloys and Compounds. - 2015. -№ 640. - Р. 421-427.
14. Chenga, C.Y. Physical metallurgy of concentrated solid solutions from low-entropy to high-entropy alloy / C.Y. Chenga, Y.C. Yanga, Y.Z. Zhonga, Y.Y. Chenb, T. Hsua, J.W. Yeh // Current Opinion in Solid State and Materials Science. - 2017. - № 21. - Р. 299-311.
15. Moon, J. Effects of homogenization temperature on cracking during cold rolling of Al0.5CoCrFeMnNi high-entropy alloy / J. Moon, J.W. Bae, M.J. Jang, S.M. Baek, D. Yim, B.J. Lee , H.S. Kim // Materials Chemistry and Physics. - 2018. - № 210. - Р. 187-191.
16. Pohan, R.M. Microstructures and mechanical properties of mechanically alloyed and spark plasma sintered Al0.3CoCrFeMnNi high entropy alloy / R.M. Pohan, B. Gwalani, J. Lee, T. Alam, J.Y. Hwang, H.J. Ryu, R. Banerjee, S. Hyung Hong // MaterialsChem-istryandPhysics. - 2018. - № 210. - Р. 62-70.
17. Колбасников, Н.Г. Структура. Энтропия. Фазовые превращения и свойства металлов [Текст] / Н.Г. Колбасников, С.Ю. Кондратьев. -Федеральное агентство по образованию, Санкт-Петербургский гос. политехнический ун-т. - СПб, 2006. - 363 с.
18. Колбасников, Н.Г. Теория обработки металлов давлением. Физические основы прочности и пластичности [Текст] / Н.Г. Колбасников. - СПб, Изд-во Санкт-Петербургского политехнического университет, 2004. - 307 c.
19. Nosova, E. Research of structural entropy of sheet aluminium alloys depending on annealing temperature / E. Nosova, F. Grechnikov, N.V. Lukonina // MATEC Web of Conferences. - 2018. - Vol. 224.
20. Bedekar, Vikram. Microstructure and Texture Evolutions in AISI 1050 Steel by Flow Forming / V. Bedekar, P. Pauskar, R. Shivpuri, J. Howe // Pro-cediaEngineering.- 2014. - V. 81. - Р. 2355-2360.
Селиверстова Наталья Викторовна,
аспирант, Самарский университет, e-mail: lukonina. natalya@inbox. ru.
05.16.09 - Материаловедение (по отраслям) (технические науки) DOI: 10.257127ASTU.2072-8921.2019.02.030 УДК 620.16
АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МОДИФИКАТОРОВ НА СТРУКТУРУ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ИЗНОСОСТОЙКОГО ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА ЧМН-35М
Д. А. Габец, А. М. Марков
В современных условиях развития машиностроения остро стоит вопрос надежности и долговечности узлов, работающих в сложных режимах ударно-фрикционного износа. Литые детали, изготовленные из серых чугунов, такие как тормозные системы, рабочие части горнодобывающих машин и детали железнодорожного подвижного состава, должны обеспечивать высокую прочность (трещиностойкость) при воздействии ударных нагрузок и высокую износостойкость в различном диапазоне нагрузок и температуры. При этом они должны удовлетворять строгим требованиям стандартов, обеспечивая необходимую твердость и механические свойства материалов. А так как высокая прочность сплавов сопровождается повышением хрупкости материала, то в процессе ударно-фрикционной эксплуатации могут возникать трещины, что, в свою очередь, может приводить к разрушению изделия. Одним из эффективных методов повышения физико-механических свойств серых чугунов является модифицирование. В зависимости от группы модификаторов и химического состава они могут влиять на различные свойства материала. Применяемые в настоящее время модифицирующие добавки при изготовлении износостойких чугунов способствуют увеличению твердости и прочности за счет изменения структуры путем образования дополнительных центров кристаллизации.
Ключевые слова: легирование чугуна, модифицирование чугуна, ударно-фрикционный износ, износостойкость, легирование никелем, легирование молибденом, износостойкий чугун, графит, износостойкость.
ВВЕДЕНИЕ
Перспективным материалом для изготовления литых деталей грузовой железнодорожной тележки, таких как колпак скользуна и фрикционный клин подверженных интенсивному износу, является износостойкий легированный чугун ЧМН-35М [1-6].
Данный материал изготавливается на основе серого чугуна СЧ35 с добавлением легирующих элементов никеля и молибдена, что существенно повышает его свойства.
Модификаторы этой группы, предназначены для графитизирующей обработки серого чугуна. Графитизирующая обработка заключается в введении в расплав чугуна активных химических элементов, способствующих образованию дополнительных центров
Исследования влияние комплексных модификаторов на свойства износостойкого чугуна ЧМН-35М проводились с целью повышения стабильности полученных результатов механических свойств и улучшения структуры материала [7-10].
Химический состав и механические свойства согласно технических условий на материал представлены в таблицах 1-2.
На основании проведенного анализа были выбраны следующие модификаторы: 2-GRAPH®Т, БСК-2 и Р-20.
кристаллизации графита. Под их воздействием измельчаются графитовые включения и одновременно увеличивается их количество, что приводит к повышению механических свойств чугуна [12-15].
Таблица 1 - Химический состав чугуна марки ЧМН-35М
Марка чугуна Массовая доля элементов, % Ре - остальное
С 5/ Мп Мо N Сг Си Р 5
не более
ЧМН-35М 2,5-2,9 1,3-1,5 0,7-1,0 0,6-0,9 0,5-0,8 <0,3 <0,3 <0,2 <0,1
Таблица 2 - Механические свойства чугуна марки ЧМН-35М
Марка чугуна Временное сопротивление при растяжении, МПа, не менее Твердость по Бринеллю, НВ
не менее не более
ЧМН-35М 350 250 300
Модификатор Z-GRAPH®Т предназначен для измельчения и увеличения графитных включений. Наличие в составе бария и циркония позволяет получать отливки с тонкой стенкой без отбела. Химический состав представлен в таблице 3.
Модификатор БСК-2 предназначен для повышения жидкотекучести чугуна и снижения отбела, также способствует увеличению твердости и механических свойств отливок.
Уменьшает количество газовых включений при кристаллизации отливки. Химический состав представлен в таблице 4.
Модификатор Р-20 предназначен для обработки серого чугуна, позволяет предотвращать отбел тонких стенок, выравнивает структуру и механические свойства. В состав модификатора Р-20 входят ВаО, СаО, БгО и активированный С.
Таблица 3 - Химический состав модификатора г-СРАРН®Т
Марка Содержание основных элементов, %
Б1 Мп гг Са Ва А1_ Ре
г-СРАРН®Т 69,0 2,0 2,4 1,54 2,1 1,32 остальное
Таблица 4 - Химический состав модификатора БСК-2
Марка Содержание основных элементов, %
Б1 Ва Са Бг Мд К Ыа Рез Мп А1_ И
БСК-2 24,8 16,0 21,5 5,5 0,9 3,0 1,5 4,0 0,2 2,9 0,9
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Для проведения исследований специально были изготовлены образцы чугуна, легированного никелем и молибденом, с дальнейшей обработкой различными модификаторами.
Процесс изготовления образцов опытной партии для исследования влияний модификаторов на свойства чугуна ЧМН-35М заключается в следующем:
- в печь производилась завалка шихты категории 4А по ГОСТ 2787-75 в объеме 0,1 тонны;
- после расплава и науглероживания шихты производился забор пробы для определения химического состава сплава;
- корректировка состава сплава в печи (науглероживателем МУ-90) и доведение содержания химического состава материалов в расплаве до требуемых значений эксперимента [10-12];
- легирование, на зеркало металла вводилось поэтапно необходимое количество ферромолибдена и ферроникеля.
После положительного заключения лаборатории по химическому составу к индукционной печи подавали разогретый разливочный ковш, закрепленный на электронных весах. Температура металла перед сливом из печи составляла: 1435 + 1450 °С. Время заливки форм и образцов составляло 5 минут. По достижению удовлетворительных лабора-
торных заключений на соответствие химическому составу полученный металл в объеме 0,02 тонны сливался в прогретый чайниковый ковш.
Перед сливом на дно ковша помещали модификатор «г-СРАРН®», БСК-2 и Р-20 в количестве по 0,1 кг.
Структура материалов, полученных в ходе проведения эксперимента, исследовалась методами оптической металлографии и растровой электронной микроскопии на полуавтоматическом микроскопе AxioObserver Z1m. Твердость материалов определялась по методу Бринелля по ГОСТ 9012-59. Микротвердость отдельных фаз определялась на полуавтоматическом микротвердомере WolpertGroup 402 МУР.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ
Химический состав и механические свойства полученных образцов чугуна, модифицированных «г-СРАРН®», БСК-2 и Р-20, представлены в таблицах 5 и 6.
Наибольшей твердостью и временным сопротивлением на разрыв обладают образцы, легированные молибденом и никелем, с использованием модификатора гСРАРН®Т. Временное сопротивление образцов полученного чугуна значительно превосходит величину временного сопротивления чугуна марки СЧ35 (более 350 МПа по ГОСТ 141285), что связано с микроструктурой полученного чугуна [17-19].
Таблица 5 - Химический состав чугуна ЧМН-35М в зависимости от вида модификатора
Марка модификатора Массовая доля элементов модифицированного чугуна ЧМН-35М, %
С Б1 Мп Ва Мо А1 гг № Са Сг Си Б Р
2СРАРН®Т 2,53 1,45 0,67 0,005 0,72 0,007 0,01 0,63 0,002 0,069 0,01 0,047 0,025
БСК-2 2,65 1,34 0,54 0,007 0,74 0,007 0,01 0,65 0,03 0,03 0,01 0,03 0,01
Р-20 2,63 1,62 0,5 0,006 0,77 0,006 0,01 0,71 0,01 0,02 0,01 0,03 0,02
Таблица 6 - Механические свойства чугуна ЧМН-35М в зависимости от вида модификатора
Марка модификатора Твердость, HB Временное сопротивление при растяжении, МПа
2СРАРН®Т 303-309 436-445
БСК-2 295-307 402-420
Р-20 273-285 290-312
а) завихренная форма включений графита модификатор ZGRAPH®Т; б) перлит и феррит модификатор ZGRAPH®Т; в) мартенсит и перлит модификатор ZGRAPH®Т; г) перлит и графит модификатор ZGRAPH®Т; д) перлит модификатор БСК-2; е) включения ледебурита модификатор Р-20
Рисунок 1 - Микроструктура ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2 2019 157
Структура чугуна содержит включения пластинчатого и завихренного графита равномерного распределения (рисунок 1, а). Длина включений до 120 мкм в количестве до 12 % площади микрошлифа. Микроструктура чугуна имеет феррито-перлитную металлическую основу (рисунок 1, б) с включениями мартенсита (рисунок 1, в), содержание перлита - 70 - 80 % с межпластинчатым расстоянием до 0,8 мкм (рисунок 1, г), и около 10-15% занимает феррит (рисунок 1, б), насыщенный сеткой из отдельных карбидных включений, а включения мартенсита - в количестве 5-10 % от площади микрошлифа [20].
В результате дополнительной обработки легированного чугуна ЧМН-35М модификатором гСРАРН®Т в структуре образуется мартенсит, который повышает прочность и износостойкость. Мартенсит образуется как продукт закалки металлических сплавов в результате превращения аустенита. Среднее значение микротвердости мартенсита в чугуне ЧМН-35М составляет 830НУ.
Структура чугуна, обработанного модификаторами БСК-2 и Р-20, имеет перлитную основу с графитом пластинчатого и завихрённой формы не равномерного распределения. В чугуне, обработанном модификатором Р-20, присутствуют участки ледебурита, который, вероятнее всего, и приводит к снижению механических свойств в результате модифицирования.
ВЫВОДЫ
Результаты проведенных исследований показали, что природа модификатора оказывает влияние на фазовый состав и структуру чугуна. Микроструктурный анализ доказывает не однозначность этого влияния. Так введение модификатора ZGRAPH®Т в расплав легированного никелем и молибденом чугуна ЧМН-35М способствует появлению в структуре материала участков мартенсита (5-10%), а модифицирование модификатором Р-20 ледебурита.
Структурные изменения, вызванные модификатором ZGRAPH®Т привели к увеличению твердости и прочности при растяжении чугуна ЧМН-35М на 20 %. Это обусловлено тем, что активные элементы в составе модификатора, способствуют образованию дополнительных центров кристаллизации графита. Таким образом можно рассматривать данную добавку в качестве эффективного модификатора легированного чугуна ЧМН-35М повышающего его износостойкость и прочность.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Габец, Д.А. Исследование влияния легирующих элементов на структуру и свойства серых чугунов, работающих в условиях ударно-фрикционного износа / Д.А. Габец, А.М. Марков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2019. - Т. 21, № 1. - С. 70-81. -doi: 10.17212/1994-6309-2019-21. 1 -70-81.
2. Чугун: пат. 2562554 Рос. Федерация. -№ 2014118635; заявл. 08.05.2014; опубл. 12.08.2015, Бюл. 25. - 5 с.
3. Ларин, Т.В. Влияние ванадия, меди, алюминия на износостойкость и фрикционные свойства фосфористого чугуна для тормозных колодок / Т.В. Ларин, Б.М. Асташкевич, Г.Р. Транковская // Вестник ВНИИЖТ.
4. Gabets, A.V., Markov, A.M., Gabets, D.A, Komarov, P, Chertovskikh, E.O. Investigation of chemical compostition and material structure influence on mechanical properties of special cast iron. METAL 2017 - 26th International Conference on Metallurgy and Materials, Conference Proceedings. Metal 2017, Brno, Czech Republic, EU. Scopus: 2-s2.0-85043315222.
5. Gabets, A.V. Technological Support of Critical Parts for Railway Transport Working Properties / A.V. Gabets, D.A. Gabets, A.M. Markov, M.V. Rad-chenko, S.L. Leonov // IOP Conference Series : Earth and Environmental Science. DOI: 10.1088/17551315/50/1/012052.
6. Габец, А.В. Управление износостойкостью ответственных узлов и деталей подвижного состава: монография / А.В. Габец, А.М. Марков, Д.А. Габец, Е.О. Чертовских. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2016. - 213 с. - ISBN 978-5-7568-1188-9.
7. Корниенко, Э.Н. Тяжелая лигатура для получения высокопрочного чугуна / Э.Н. Корниенко, Р.А. Бикулов // Заготовительные производства в машиностроении. - 2009. - № 2. - С. 3-5.
8. Коровин, В.А. Влияние модифицирования на структуру и свойства чугуна и стали для прокатных валков / В.А. Коровин, И.О. Леушин, Р.Н. Пала-вин, А.С. Киров // Литейщик России. - 2011. -№ 12. - С. 15-17.
9. Гольдштейн, Я.Е. Модифицирование и микролегирование чугунов и стали / Я.Е. Гольдштейн, В.Г. Мизин. - М.: «Металлургия», 1986.
10. Комаров, О.С. Особенности модифицирования различных типов железоуглеродистых сплавов / О.С. Комаров, Е.В. Розенберг, Н.И. Урбанович // Литье и металлургия. - 2015. - № 2 (79). - С. 24-28.
11. Габец, Д.А. Оценка влияния легирующих добавок на структуру и механические свойства серых чугунов / Д.А. Габец, А.В. Габец, А.М. Марков // Ползуновский вестник, 2018. - № 4. - ISSN 20728921. - С. 198-215.
12. Chertovskih, E.O., Gabets, A.V., Gabets, D.A., Markov, A.M., Okolovich, G.A., Komarov, P.N. The formation of the bainite structure during heat treatment of the rail steel (analogue J13052). Obrabot-kametallov-metal working and material science. ISSN
1994-6309. DOI: 10.17212/1994-6309-2016-2-7079.
13. Vijeesh, V. Review of microstructure evolution in hypereutectic AL-SI alloys and its effect on wear properties / V. Vijeesh, K.N. Prabhu // Transactions of the Indian Institute of Metals. - 2014. - Vol. 67, iss 1. - Р. 1-18. - DOI: 10.1007/s12666-013-0327-x.
14. Управление износостойкостью ответственных узлов и деталей подвижного состава: монография / Д.А. Габец [и др.]. - Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2016. - 213 с.
15. Габец, А.В. Специальный чугун для отливки фрикционного клина тележки железнодорожного вагона / А.В. Габец // Ползуновский вестник. - 2013. - № 4/2. - С. 51-52.
16. Габец, Д.А. Специальный модифицированный чугун марки ЧМН-35М для тяжело нагруженных деталей тележки грузового вагона / Д.А. Габец, А.М. Марков, А.В. Габец // Тяжелое машиностроение. -2016. - № 1-2. - С. 23-26.
17. Габец, А.В. Моделирование эксплуатационных свойств деталей, изготовленных из специального чугуна ЧМН-35М / А.В. Габец, А.М. Марков, Д.А. Габец // Ползуновский вестник. - 2016. - № 2. - С. 36-44.
18. Габец, Д.А. Исследование влияния легирующих элементов на структуру и свойства серых чугунов, работающих в условиях ударно-фрикци-
онного износа / Д.А. Габец, А.М. Марков // Обработка металлов (технология, оборудование, инструменты). - 2019. - Т. 21, № 1. - С. 70-81. -doi: 10.17212/1994-6309-2019-21. 1 -70-81.
19. Борщ, Б.В. Повышение износостойкости фрикционных деталей из серого чугуна / Б.В. Борщ, А.В. Габец, А.В. Сухов, Г.А. Филиппов // Сталь. -2014. - № 1. - С. 66-68.
20. Гурьев, М.А. Упрочнение литых деталей поверхностным легированием / М.А. Гурьев, С.Г. Иванов, А.М. Гурьев // Проблемы и перспективы развития литейного, сварочного и кузнечно-штамповочного производств. Сборник научных трудов x международной научно-практической конференции. - Барнаул, 2009. - С. 40-46.
Габец Денис Александрович - инженер ОСНП, ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 656038, г. Барнаул, пр. Ленина 46, e-mail: [email protected].
Марков Андрей Михайлович - доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Технология машиностроения» ФГБОУ ВО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова», 656038, г. Барнаул, пр. Ленина 46, email: [email protected].
