CC BY
16
МЕТАЛЛУРГИЯ И ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
УДК 620.179.131
Ю.Г. Гуревич, В.В. Марфицын
Курганский государственный университет
ВЫГЛАЖИВАТЕЛИ ДЛЯ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ БЕЛОГО ЧУГУНА
Аннотация. Разработана технология электроконтактной химико-термической обработки стали (ЭКХТО), в результате которой на ее поверхности с целью повышения износостойкости наносится слой белого чугуна. Исследованы структура и свойства поверхности стали после ЭКХТО, и показано, что выглаживатели, сделанные из углеродистой стали, после ЭКХТО могут быть использованы для обработки деталей из цветных металлов.
Ключевые слова: сталь, белый чугун, термообработка, температура, время, структура, износостойкость.
Y.G. Gurevich, V.V. Marfitsyn Kurgan State University
BURNISHERS FOR NONFERROUS METALS MADE FROM WHITE PIG-IRON
Annotation. Electro arc chemicothermal steel process technology (EACTP) has been developed. As a result, a layer of white pig-iron is spread to raise steel wear resistance. Steel structure and surface properties after such burnishing have been studied. The burnishers, made form carbon steel, after using EACTP, can be used for details process, made from nonferrous metals.
Key words: steel, white pig-iron, heat treatment, temperature, time, structure, wear resistance.
ности, возможности автоматизации производства.
Процесс эвтектического (контактного) плавления происходит в том случае, когда нагреваются до эвтектической температуры приведенные в соприкосновение кристаллы двух компонентов, образующих эвтектическую систему Контактное плавление, как известно, характеризуется тем, что оно происходит при температуре ниже температур плавления обоих компонентов. Очень важно, что эффект контактного плавления не связан с определенным соотношением масс соприкасающихся кристаллов, полный переход в жидкое состояние происходит при постоянной температуре.
Самым дешевым источником тепла для организации контактного плавления является локальный нагрев за счет электроконтактного выделения тепла. Это положение легло в основу предложенного и разработанного нового способа электроконтактной химико-термической обработки стали (ЭКХТО).
На поверхность стальной детали наносится графитовый порошок, после чего к ней прижимается графитовый ролик-электрод, через который пропускается электрический ток и движется по поверхности детали. В качестве контакта используется соединение деталь-графит (рис. 1)
Введение
Известно, что одним из лучших материалов, работающих в условиях трения, является белый чугун, который обладает низким коэффициентом трения и высокой износостойкостью. Поэтому деталь из белого чугуна, работающая в условиях трения, обладает не только повышенной износостойкостью, но и эффективным видом изнашивания. Вместо изнашивания со схватыванием, которое часто можно видеть при работе стальных деталей, наблюдается абразивное изнашивание при трении деталей из белого чугуна. Такие свойства белого чугуна обусловлены высокой твердостью ледебуритной эвтектики, а также наличием карбидов (цементита) в структуре заэвтектоидного чугуна.
1. Разработка способа электроконтактной химико-термической обработки стали, обеспечивающей превращение поверхностного слоя в белый чугун
Чугун с ледебуритной структурой может быть получен двумя способами: отбелом соответствующих зон детали в процессе ее отливки и методом местного эвтектического (контактного) плавления [1; 2].
Исследования показали, что оба варианта ледебурит-ной структуры имеют одинаковую работоспособность [3]. Между тем, способ местного эвтектического плавления имеет преимущества, состоящие в большей точности и стабильности результатов, существенно большей производитель-
Рис. 1. Схема электроконтактной обработки стали
Важное значение имеют толщина (вк) и радиус ^э) ролика-электрода. С одной стороны, чем больше его диаметр и толщина, тем больше долговечность и выше производительность процесса, особенно когда обрабатывается большая площадь поверхности. С другой стороны, при большом диаметре и толщине ролика-электрода трудно обеспечить равномерный нагрев поверхности детали вследствие неизбежных колебаний площади и плотности контакта. Поэтому оптимальные размеры ролика-электрода были подобраны экспериментально: толщина ролика-электрода вк=2 - 8 мм и радиус Яэ=40 - 80 мм.
При нагреве контакта до 1200°С возникает контактное плавление системы железо-графит, и на поверхности стальной детали образуется капля жидкого чугуна, которая из-за быстрого охлаждения отбеливается.
Контактное эвтектическое плавление системы железо-графит является наиболее важным и характерным этапом формирования покрытия в процессе ЭКХТО. В зависимости от режима процесса (плотности тока g, А/см2 и скорости движения ролика-электрода V, см/с) на поверхности стали можно получить доэвтектический, эвтектический или заэвтектический белые чугуны.
СЕРИЯ «ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ», ВЫПУСК 6
47
Под слоем белого чугуна независимо от его химического состава образуются переходная зона и зона химико-термического влияния. Металлографическим исследованием установлено, что непосредственно под белым чугуном образуется слой мелкоигольчатого мартенсита с микротвердостью 8000-8500 МПа. Под мартенситом просматривается зона с перлито-ферритной структурой, причем доля перлита постепенно уменьшается до величины исходной структуры стали. Глубина переходной мартенситной зоны 30-50 мкм, а перли-то-ферритной - до 1000 мкм (рис. 2).
Рис. 2. Слои заэвтектического чугуна на стали 20 и структура переходных зон
Таким образом, наплавленный слой белого чугуна крепко соединен с основным металлом.
На рис. 3 представлена построенная по экспериментальным данным диаграмма, на которой показаны в координатах g, А/см2 - V, см/с области наиболее вероятного образования эвтектического, за- и доэвтек-
2. Износ материала и его использование для выгла-живателей
Абразивный износ покрытия определяли на установке ЗФ ЧПИ [4]. Результаты показали, что по сравнению с цементированными изделиями, опытные образцы после ЭКТХО имели большую твердость и износостойкость.
Экспериментальные исследования по определению стойкости инструмента - выглаживателей из термоупроч-ненных сталей - проводились по сравнению с металлокерамикой ВОК-60 для двух групп материалов:
Бр. 9-4-190 (90 - 180 НВ); сталь 40Х (180 - 220 НВ). Выбор величины радиуса выглаживателя определяется твердостью материала обрабатываемых деталей. Для материалов из мягких сталей и цветных сплавов применяли радиус выглаживателя более 3,5 мм.
В качестве инструментального материала для изготовления рабочих частей выглаживающего инструмента применялись упрочненные методом ЭКХТО стали и инструментальная металлокерамика марки ВОК-60. Для стабилизации упругих свойств рабочей части державку изготовляли из закаленной стали У8 твердостью 44 - 48 HRC.
Заточка формы рабочей части выглаживателей осуществлялась на универсально-заточном станке модели ЗВ642. Доводка проводилась алмазной пастой АМ40/28, АМ28/20, затем окончательно доводилась пастой АМЗ/2. После доводки шероховатость рабочей части инструмента соответствовала Ra 0,015 - 0,020.
Стойкость выглаживателей из минералокерамики и стали 45 упрочненной ЭКХТО исследовалось при обработке двух групп материалов: Бр. 9-4-1 (90 - 180 НВ) и стали 40Х (180 - 220НВ).
В качестве критерия износа рабочей части выглаживателя принималось значение среднего арифметического отклонения профиля поверхности (Ra), превышающее минимально получаемое значение на один уровень. Эксперимент прекращался при достижении предпочтительного значения Ra=0,100 мкм.
Заключение
Полученные данные убедительно показывают, что для цветных металлов (бронзы) целесообразно применять дешевые выглаживатели из термоупрочненной стали 45.
Список литературы
1. Андрияхин В.М. Влияние схемы упрочнения гильз цилиндра лазерным
излучением на износостойкость// Металловедение и термическая обработка металлов.-1982.-№9.- С.41-43
2. Гуревич Ю.Г., Дорфман Д.Е., Марфицын В.В. Электроконтактное
термоупрочнение стали //Новые материалы и ресурсосберегающие технолог ии термической и химико-термической обработки деталей машин и инструмента.- Пенза: ЦДНТП, 1990.- С. 40-41.
3. Марфицын В.В. Обработка изделий инструментами из упрочненных
сталей // Совершенствование технологических процессов изготовления деталей машин.-Курган, 1993.- С. 20-22.
4. Серебряков В.Е., Соколов Н.М., Гунякова С.С. Установка для
испытания металлов и сплавов на износ // Совершенствование машиностроительных материалов, конструкций машин и методов обработки деталей.- Челябинск, 1988.- С. 14-17.
Рис. 3. Режимы ЭКХТО, способствующие образованию белого чугуна различного состава
48
ВЕСТНИК КГУ, 2011. №1
