ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Результат выполнения НИР.

Относительно новыми материалами для работы в условиях изнашивания являются половинчатые чугуны, в структуре которых наряду с карбидами присутствуют и графитные включения различной формы. Графит в чугунах играет роль твердой смазки, которая снижает коэффициент трения. В износостойких половинчатых и белых чугунах целесообразно иметь мартенситно-аустенитную металлическую основу. Главным недостатком чугунов этих классов является низкая ударная вязкость и высокая стоимость, обусловленная повышенным использованием дорогих легирующих компонентов.

Известны разработки чугунов, именуемых в соответствии с западной классификацией «САdi». Эти чугуны относятся к половинчатым с аустенитно-бейнитной матрицей. Металлическая основа обеспечивает в чугунах высокую прочность, ударную вязкость и износостойкость. Аустенитно-бейнитная матрица получается после изотермической закалки. Но использование дополнительной термической обработки приводит к увеличению себестоимости деталей.

Разработан технологический процесс получения половинчатых чугунов с аустенитно-бейнитной матрицей без дополнительной термической обработки. Целью, преследуемой при разработке способа, являлось стабильное получение отливок из половинчатого чугуна с шаровидным графитом и аустенитно-бейнитной матрицей с высокой ударной вязкостью, прочностью, достаточной твердостью и износостойкостью.

Для достижения указанной цели в индукционной электропечи выплавляли чугун следующего химического состава, масс. %: 3,1 С; 2,5 si; 0,26 Мп; 0,03 Р; 0,02 s; 0,07 Сr; 4,7 ni; 0,6 Мо; 0,05 Мg. Отливки после кристаллизации выбивались из формы при температуре, обеспечивающей аустенитную структуру, и подвергались специальной термической обработке. Легирование молибденом и никелем обеспечило стабильное получение половинчатых чугунов с шаровидным графитом, дисперсными карбидами и аустенитно-бейнитно-мартенситной матрицей. Такая композиционная структура обеспечивает повышенные значения твердости, износостойкости, прочности и вязкости чугуна. Поэтому отливки из этого чугуна обладают высокой эксплуатационной стойкостью. Микроструктура чугуна представлена на рис. 1.

Рис. 1. Микроструктура половинчатого чугуна, 300

Элементами, способствующими процессу графитизации в чугуне, являются углерод, кремний и никель. Основным карбидообразующим элементом является молибден. Его повышенное содержание в чугуне приводит к образованию карбидов Мо₂С. Молибден частично растворяется в аустените, но, в отличие от никеля, мало влияет на температуру начала мартенситного превращения, и поэтому практически не влияет на количество остаточного аустенита.

Комплексное легирование никелем и молибденом увеличивает прокаливаемость чугуна, повышая устойчивость аустенита в верхней температурной области, что позволяет избежать появления в конечной структуре продуктов перлитного превращения.

Дополнительное инокулирующее модифицирование ферросилицием после сфероидизирующей обработки магнийсодержащими лигатурами способствует процессу графитизации, получению более правильной сферической формы графитных включений, измельчению зерен аустенита и квазиизотропности.

Предварительная выбивка отливок из формы обеспечивает получение в них аустенитной структуры. Это сокращает технологический процесс и не требует повторного нагрева на аустенитизацию. Отливка при температуре извлечения из формы имеет аустенитную структуру металлической матрицы с включениями графита шаровидной формы и мелкодисперсными карбидами молибдена.

Последующая термическая обработка способствует частичной трансформации аустенита в нижний бейнит и мартенсит. Остаточный аустенит находится в метастабильном состоянии. Его сохранению до комнатных температур способствует повышенное содержание никеля и углерода в аустените. Под внешним воздействием (эксплуатационными нагрузками) метастабильный аустенит трансформируется в мартенсит, что увеличивает твердость и износостойкость поверхности независимо от степени износа детали, т.е. полученная структура является самоупрочняющейся.

Технический результат, реализуемый при осуществлении способа, заключается в получении заготовок со структурой чугуна, состоящей из карбидных и графитных включений и бейнитно-аустенитной матрицы, которые при оптимальном сочетании, обеспечиваемом перечисленными технологическими приемами и составом чугуна, позволяют повысить уровень износостойкости чугуна. Отливки, полученные этим способом, отличаются стабильностью свойств по сечению и могут широко использоваться в различных отраслях машиностроения.