Аннoтация к книге
Глава 10. Выбoр oптимальнoй cтруктуры и cocтава oтливoк
В результате длительных и трудoемких рабoт, прoведенных в лабoратoрии изнococтoйких cплавoв ВНИИПТУглемаш, были cфoрмулирoваны требoвания к cтруктуре и cоcтаву белых изноcоcтойких чугунов, определяющие их оптимальные cвойcтва - изноcоcтойкоcть, коррозионную cтойкоcть, прочноcть, литейные свойства, обрабатываемость резанием.
Требования к составу и структуре определяются условиями работы деталей - абразивный износ типа микрорезания, абразивно-коррозионный износ, ударно-абразивный износ, и технологией их изготовления.
Абразивный износ типа микрорезания
Износ без существенного коррозионного воздействия.
Типовые детали - рабочие колеса, корпуса и бронедиски шламовых насосов, трубы, наклонные течки и питатели, шнеки классификаторов, брони мельниц и т.п.
Износостойкость. Высокая износостойкость сплава в первую очередь определяется карбидной фазой и достигается при:
Металлическая основа должна иметь мартенситную или мартенситно-аустенитную структуру, в которой аустенит метастабилен и под действием абразива переходит в мартенсит.
Механические свойства. Механические свойства белых чугунов также, в основном, определяются карбидной фазой.
Увеличение количества карбидов линейно снижает прочность сплава.
Изолированность карбидов, их компактная форма и уменьшение размеров улучшают механические свойства.
Рис. 10.1. Прочность (—), Н/мм2, и износостойкость (---) белых чугунов в зависимости от содержания в них хрома и углерода
Влияние металлической основы белых хромистых чугунов на их прочность незначительно. Небольшое увеличение прочности при отпуске 200°С, по-видимому, связано со снятием закалочных напряжений.
В конкретных условиях эксплуатации необходимо найти оптимум между требуемой износостойкостью и механическими свойствами, обеспечивающими безаварийную работу детали. Для выбора оптимального состава Е.В. Рожковой была создана диаграмма, определяющая прочность и износостойкость белых чугунов в зависимости от содержания в них хрома и углерода (рис. 10.1), т.е. фактически от количества и типа карбидов.
Литейные свойства. Эвтектический состав белых хромистых чугунов обеспечивает наиболее благоприятные литейные свойства.
Обрабатываемость резанием белых износостойких чугунов определяется их структурой — типом и строением карбидов и металлической основы. Наилучшая обрабатываемость достигается при следующей структуре.
Карбидная фаза характеризуется максимальной изолированностью карбидов, отсутствием сплошного каркаса карбидов, наблюдаемого в ледебурите (такое благоприятное для резания расположение карбидов соответствует содержанию хрома в белом чугуне свыше 10 %); минимально возможным содержанием карбидов (резко ухудшается обрабатываемость при образовании заэвтектических карбидов — в чугунах с 12-18 % Сr при содержании углерода свыше 3,5 %).
Металлическая основа характеризуется зернистым перлитом после отжига, отсутствием метастабильного и стабильного аустенита.
Состав износостойких чугунов, подвергающихся механической обработке, должен быть сбалансирован так, чтобы в процессе отжига осуществлялось максимальное обеднение твердого раствора легирующими элементами, и происходил полный распад аустенита до структур зернистого перлита.
Вместе с тем легирование твердого раствора должно быть достаточным, чтобы при последующей закалке на воздухе обеспечить высокую прокаливаемость и получение мартенситной или мартенситной с метастабильным аустенитом структуры металлической основы, обеспечивающей высокую износостойкость чугуна.
Абразивно-коррозионный износ
Износ, сопровождаемый сильным коррозионным воздействием, происходит при обогащении сернистых руд и углей. Типовые детали - рабочие органы шламовых насосов, флотомашин, классификаторов и т.п.
Износостойкость. Карбидная фаза. К ней предъявляются те же требования, что и при износе типа микрорезания в нейтральных средах. Однако увеличение количества углерода и карбидов в сплаве при неизменном содержании хрома снижает коррозионную стойкость чугуна из-за обеднения твердого раствора хромом. Поэтому при 30 % Сr количество углерода ограничивается 2 %, что примерно соответствует содержанию в сплаве 20 % карбидов. При увеличении количества хрома в чугуне возможно более высокое содержание углерода и, соответственно, карбидов без ухудшения коррозионной стойкости сплава.
Металлическая основа характеризуется мартенситной и бейнитной структурой, максимальной твердостью, высокой коррозионной стойкостью вследствие содержания в чугуне 2 % С и 30 % Сr.
Максимальное преимущество этих чугунов проявляется в условиях, где абразивная составляющая износа относительно невелика. Это относится к переработке и обогащению углей, особенно сернистых. Чугун ИЧ210ХЗОГЗ в таких условиях работы показал стойкость, превышающую в 10 и более раз стойкость углеродистых сталей и белых чугунов с содержанием 12-18 % Сr.
Механические свойства. Белые чугуны, содержащие около 2 % С и 30 % Сr, обладают высокими механическими свойствами — прочность на изгиб свыше 100 кН/мм2.
Литейные свойства. Отливки из чугуна ИЧ210ХЗОГЗ менее склонны к трещинообразованию, чем аналогичные отливки из чугунов, содержащих 3 % С и 12 % Сг. Сплав обладает хорошей жидкотекучестью,
Обрабатываемость резанием. Чугуны, содержащие 1,8—2,2 % С и 30 % Сr, проходят механическую обработку в литом состоянии, Твердость после отливки составляет для чугуна, содержащего 1,76 % С - HRC22-24, 1,94 % С - HRC31-32 и 2,25 % С - ИКС 41-43.
В отливках из этих чугунов можно обычным инструментом нарезать резьбу, долбить шпоночные пазы в отличие от чугунов типа нихард и ИЧ280Х28Н2, в которых практически невозможно выполнить эти операции.
Ударно-абразивный износ
Применительно к рассматриваемым нами белым чугунам этот износ имеет два вида:
1. Износ типа микрорезания, сопровождаемый сильными периодическими ударами, приводящими к разрушению детали. Представляют этот вид износа ковши драглайнов, брони течек и кузова автосамосвалов, транспортирующие крупные куски руды и т.п.
2. Износ, сопровождаемый сильными, многократными ударами и давлением, вызывающим большие напряжения на поверхности деталей, приводящими к их хрупкому и усталостному разрушению. Представителями этого вида износа являются зубья ковшей экскаваторов, била и брони молотковых дробилок, конуса и плиты дробилок и т.п.
Задача использования белых хромистых чугунов при первом виде износа решена применением комбинированных и, главным образом, композитных отливок сталь—белый чугун, позволяющих этим деталям работать без поломок.
Использование белых хромистых чугунов при втором типе ударно-абразивного износа оказалось неэффективным из-за их хрупкого и усталостного разрушения, по-видимому, связанного с тригональной структурой карбидов хрома типа М 7С3.
Представляется, что для условий работы по второму типу износа более перспективны белые чугуны с карбидами V, Ti, W, Mo и, для ряда условий, хромистые сплавы, прошедшие ковку или прокатку, приводящие к улучшению структуры карбидов хрома.
В результате длительных и трудoемких рабoт, прoведенных в лабoратoрии изнococтoйких cплавoв ВНИИПТУглемаш, были cфoрмулирoваны требoвания к cтруктуре и cоcтаву белых изноcоcтойких чугунов, определяющие их оптимальные cвойcтва - изноcоcтойкоcть, коррозионную cтойкоcть, прочноcть, литейные свойства, обрабатываемость резанием.
Требования к составу и структуре определяются условиями работы деталей - абразивный износ типа микрорезания, абразивно-коррозионный износ, ударно-абразивный износ, и технологией их изготовления.
Абразивный износ типа микрорезания
Износ без существенного коррозионного воздействия.
Типовые детали - рабочие колеса, корпуса и бронедиски шламовых насосов, трубы, наклонные течки и питатели, шнеки классификаторов, брони мельниц и т.п.
Износостойкость. Высокая износостойкость сплава в первую очередь определяется карбидной фазой и достигается при:
- - максимальном количестве карбидов;
- - максимальной твердости карбидов, превосходящей твердость абразива;
- - минимальном размере карбидов;
- - тригональных карбидах типа Сr7С3, ориентированных осью перпендикулярно изнашиваемой поверхности;
- - применении сплавов с большим количеством (≥ 40 %) заэвтектических карбидов при условии их значительного измельчения и удовлетворительных механических свойств сплавов.
Металлическая основа должна иметь мартенситную или мартенситно-аустенитную структуру, в которой аустенит метастабилен и под действием абразива переходит в мартенсит.
Механические свойства. Механические свойства белых чугунов также, в основном, определяются карбидной фазой.
Увеличение количества карбидов линейно снижает прочность сплава.
Изолированность карбидов, их компактная форма и уменьшение размеров улучшают механические свойства.
Рис. 10.1. Прочность (—), Н/мм2, и износостойкость (---) белых чугунов в зависимости от содержания в них хрома и углерода
Влияние металлической основы белых хромистых чугунов на их прочность незначительно. Небольшое увеличение прочности при отпуске 200°С, по-видимому, связано со снятием закалочных напряжений.
В конкретных условиях эксплуатации необходимо найти оптимум между требуемой износостойкостью и механическими свойствами, обеспечивающими безаварийную работу детали. Для выбора оптимального состава Е.В. Рожковой была создана диаграмма, определяющая прочность и износостойкость белых чугунов в зависимости от содержания в них хрома и углерода (рис. 10.1), т.е. фактически от количества и типа карбидов.
Литейные свойства. Эвтектический состав белых хромистых чугунов обеспечивает наиболее благоприятные литейные свойства.
Обрабатываемость резанием белых износостойких чугунов определяется их структурой — типом и строением карбидов и металлической основы. Наилучшая обрабатываемость достигается при следующей структуре.
Карбидная фаза характеризуется максимальной изолированностью карбидов, отсутствием сплошного каркаса карбидов, наблюдаемого в ледебурите (такое благоприятное для резания расположение карбидов соответствует содержанию хрома в белом чугуне свыше 10 %); минимально возможным содержанием карбидов (резко ухудшается обрабатываемость при образовании заэвтектических карбидов — в чугунах с 12-18 % Сr при содержании углерода свыше 3,5 %).
Металлическая основа характеризуется зернистым перлитом после отжига, отсутствием метастабильного и стабильного аустенита.
Состав износостойких чугунов, подвергающихся механической обработке, должен быть сбалансирован так, чтобы в процессе отжига осуществлялось максимальное обеднение твердого раствора легирующими элементами, и происходил полный распад аустенита до структур зернистого перлита.
Вместе с тем легирование твердого раствора должно быть достаточным, чтобы при последующей закалке на воздухе обеспечить высокую прокаливаемость и получение мартенситной или мартенситной с метастабильным аустенитом структуры металлической основы, обеспечивающей высокую износостойкость чугуна.
Абразивно-коррозионный износ
Износ, сопровождаемый сильным коррозионным воздействием, происходит при обогащении сернистых руд и углей. Типовые детали - рабочие органы шламовых насосов, флотомашин, классификаторов и т.п.
Износостойкость. Карбидная фаза. К ней предъявляются те же требования, что и при износе типа микрорезания в нейтральных средах. Однако увеличение количества углерода и карбидов в сплаве при неизменном содержании хрома снижает коррозионную стойкость чугуна из-за обеднения твердого раствора хромом. Поэтому при 30 % Сr количество углерода ограничивается 2 %, что примерно соответствует содержанию в сплаве 20 % карбидов. При увеличении количества хрома в чугуне возможно более высокое содержание углерода и, соответственно, карбидов без ухудшения коррозионной стойкости сплава.
Металлическая основа характеризуется мартенситной и бейнитной структурой, максимальной твердостью, высокой коррозионной стойкостью вследствие содержания в чугуне 2 % С и 30 % Сr.
Максимальное преимущество этих чугунов проявляется в условиях, где абразивная составляющая износа относительно невелика. Это относится к переработке и обогащению углей, особенно сернистых. Чугун ИЧ210ХЗОГЗ в таких условиях работы показал стойкость, превышающую в 10 и более раз стойкость углеродистых сталей и белых чугунов с содержанием 12-18 % Сr.
Механические свойства. Белые чугуны, содержащие около 2 % С и 30 % Сr, обладают высокими механическими свойствами — прочность на изгиб свыше 100 кН/мм2.
Литейные свойства. Отливки из чугуна ИЧ210ХЗОГЗ менее склонны к трещинообразованию, чем аналогичные отливки из чугунов, содержащих 3 % С и 12 % Сг. Сплав обладает хорошей жидкотекучестью,
Обрабатываемость резанием. Чугуны, содержащие 1,8—2,2 % С и 30 % Сr, проходят механическую обработку в литом состоянии, Твердость после отливки составляет для чугуна, содержащего 1,76 % С - HRC22-24, 1,94 % С - HRC31-32 и 2,25 % С - ИКС 41-43.
В отливках из этих чугунов можно обычным инструментом нарезать резьбу, долбить шпоночные пазы в отличие от чугунов типа нихард и ИЧ280Х28Н2, в которых практически невозможно выполнить эти операции.
Ударно-абразивный износ
Применительно к рассматриваемым нами белым чугунам этот износ имеет два вида:
1. Износ типа микрорезания, сопровождаемый сильными периодическими ударами, приводящими к разрушению детали. Представляют этот вид износа ковши драглайнов, брони течек и кузова автосамосвалов, транспортирующие крупные куски руды и т.п.
2. Износ, сопровождаемый сильными, многократными ударами и давлением, вызывающим большие напряжения на поверхности деталей, приводящими к их хрупкому и усталостному разрушению. Представителями этого вида износа являются зубья ковшей экскаваторов, била и брони молотковых дробилок, конуса и плиты дробилок и т.п.
Задача использования белых хромистых чугунов при первом виде износа решена применением комбинированных и, главным образом, композитных отливок сталь—белый чугун, позволяющих этим деталям работать без поломок.
Использование белых хромистых чугунов при втором типе ударно-абразивного износа оказалось неэффективным из-за их хрупкого и усталостного разрушения, по-видимому, связанного с тригональной структурой карбидов хрома типа М 7С3.
Представляется, что для условий работы по второму типу износа более перспективны белые чугуны с карбидами V, Ti, W, Mo и, для ряда условий, хромистые сплавы, прошедшие ковку или прокатку, приводящие к улучшению структуры карбидов хрома.
Износостойкость. При всех типах износа карбидная фаза должна отличаться минимальным размером, компактной структурой, максимальной твердостью. Металлическая основа чугуна при втором типе износа должна соответствовать характеру напряжений на поверхности деталей. При сравнительно невысоких напряжениях металлическая основа должна быть мартенситной. При высоких напряжениях более перспективно применение стабильной аустенитной основы со вторичными карбидами.
Справочник выпускается издательством "Машиностроение"
