ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР

Предлагаемый сплав предназначен для изготовления износостойких деталей, работающих в условиях динамического нагружения.

Содержит углерод, кремний, марганец, хром, ванадий и алюминий, дополнительно содержит медь, молибден и РЗМ при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Углерод-1,42-2,33

Кремний -0,48 -1,24

Марганец -1,84 - 4,05

Хром-4,4-8,5

Ванадий - 2,93 - 7,42

Медь-0,43-1,81

Молибден - 0,10 -1,12

Алюминий - 0,03 - 0,26

РЗМ-0,02-0,18

Железо - Остальное

В качестве примесей в сплаве могут присутствовать сера (до 0,03%) и фосфор (до 0,06%).

Состав сплава выбран, исходя из следующих соображений.

Нижний предел содержания ванадия уменьшен до 2,93% (по сравнению с 3,8% в прототипе) для корреляции с нижним пределом содержания углерода, так как при слишком высоком содержании ванадия (3,8% и более) в этом случае резко ухудшается закаливаемость сплава.

Увеличен верхний предел содержания хрома до 8,5% для обеспечения самозакаливаемости сплава при верхнем пределе содержания углерода.

В состав сплава введена медь. Совместно с марганцем медь повышает устойчивость и увеличивает количество аустенита, что позволяет уменьшить опасность образования микротрещин в самозакаливающихся отливках. При повышенном содержании (1,0 -1,81%) медь образует в структуре сплава собственную фазу, которая совместно с аустенитом играет роль демпфера при возникновении локальных динамических нагрузок (например, при мартенситном превращении), снижая возможность образования микротрещин. При содержании меди менее 0,43% не обнаружено проявление ни одного из этих эффектов. Повышение содержания меди более 1,81% приводит к удорожанию сплава без заметного повышения его свойств.

Молибден введен в состав сплава с целью гарантированного обеспечения его самозакаливаемости и повышения стабильности свойств. Содержание молибдена на нижнем пределе можно использовать при повышенном содержании в сплаве марганца и хрома. Увеличение содержания молибдена в сплаве более 1,12% не приводит к повышению свойств, но удорожает сплав. Редкоземельные металлы (РЗМ) введены в состав сплава в качестве модифицирующей и микролегирующей добавки. Они измельчают структуру сплава, способствуют образованию карбидов типа МС (где М - атомы металла, С -углерод) и формированию композитной структуры на основе этих карбидов, что проявляется в заметной стабилизации свойств на достаточно высоком уровне. При остаточном содержании РЗМ менее 0,02% модифицирующий эффект не проявляется. Слишком большое количество РЗМ (более 0,18%) не приводит к повышению свойств, но значительно удорожает сплав.

Остальные компоненты содержатся в сплаве в пределах, аналогичных прототипу, и их влияние не отличается от изложенного в описании прототипа.

Сплав выплавляли в индукционной тигельной печи ИСТ-0.06 с кислой футеровкой на шихте, состоящей из отходов углеродистой стали, передельного чугуна, ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, феррохрома), отходов электротехнической меди и алюминия. Алюминий использовался частично в составе модификатора совместно с РЗМ. Модифицирование проводили в разливочном ковше при температуре жидкого сплава 1480-1520°С.

В сухих песчано-глинистых формах отливали заготовки в виде брусков сечением 15х15 мм. Из брусков вырезали образцы для испытаний на ударный изгиб, твердость и износостойкость. Для снижения внутренних напряжений образцы подвергали отпуску при 200°С, 1 час. Микрошлифы для металлографического анализа и определения наличия микротрещин изготавливали из разрушенных ударных образцов.

Испытания на износ проводили трением по абразивной ленте (из корундовой шкурки) при скорости движения последней 5 м/мин и удельной нагрузке 7 МПа. Износ определяли по потере массы образца в процессе трения. Относительную износостойкость оценивали коэффициентом

Ки = Иэ/Им,

где И э и И м - значения износа эталона (сталь 45 с твердостьюHB200) и испытуемого материала соответственно.

Химические составы сплавов и результаты их испытаний приведены в табл. 1 и 2 в сопоставлении с прототипом.

Видно, что по сравнению с прототипом сплавы предлагаемого состава (сплавы 1-5)отличаются более стабильными значениями твердости, ударной вязкости и износостойкости при отсутствии микротрещин в литых образцах. При выходе за рекомендуемые пределы содержаний компонентов в сплавах (сплавы 6 и 7) наблюдается или снижение свойств и их стабильности (сплав 7), или образование микротрещин (сплав 6).

Таблица 1

Химические составы сплавов

Таблица 2

Свойства литых сплавов (после отпуска при 200°С)