Наши журналы
Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНО-ЛЕГИРОВАННЫХ БЕЛЫХ ЧУГУНОВ ЗА СЧЕТ ОБРАБОТКИ ИХ РАСПЛАВОВ КАЛЬЦИЙ-СТРОНЦИЕВЫМ КАРБОНАТОМ

Научная статья
Колокольцев В.М.
Петроченко Е.В.
Михайлов А.В.
Ахметова А.А.
Выпуск: № 6 (37), 2015
Опубликована:
2015/15/07
PDF

Колокольцев В.М.1, Петроченко Е.В.2, Михайлов А.В.3, Ахметова А.А.4

1Доктор технических наук, профессор, 2доктор технических наук, профессор, 3студент, 4аспирант, Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

ПОВЫШЕНИЕ СВОЙСТВ КОМПЛЕКСНО-ЛЕГИРОВАННЫХ БЕЛЫХ ЧУГУНОВ ЗА СЧЕТ ОБРАБОТКИ ИХ РАСПЛАВОВ КАЛЬЦИЙ-СТРОНЦИЕВЫМ КАРБОНАТОМ

Аннотация

В статье рассмотрено влияние добавок кальций-стронциевого карбоната на структуру и свойства комплексно-легированных белых чугунов и  установлено оптимальное количество карбоната, определяющее максимальные показатели свойств для белых чугунов различных систем легирования.

Ключевые слова: кальций-стронциевый карбонат, белый чугун, модифицирование, микроструктура, микротвердость, износо-, жаростойкость.

Kolokoltsev V.М.1, Petrochenko Е.V.2, Mikhailov А.V.3, AkhmetovaA.A.4

1doctor of technical science, professor,2doctor of technical science, professor, 3student, 4postgraduate student, Magnitogorsk State Technical University after by Nosov G.I.

THE INCREASING OF PROPERTIES OF THE COMPLEX-ALLOYED WHITE CAST-IRON BY TREATING THEIR MELTS OF CALCIUM-STRONTIUM CARBONATE

Abstract

The article considers the influence of calcium-strontium carbonate on the structure and properties of the complex alloyed white cast-iron and determined the optimum amount of a carbonate, determining maximum values for the properties of white cast irons of different alloying systems.

 Keywords: calcium-strontium carbonate, white cast-iron, modifying, microstructure, microhardness, wear-, heat-resistance.

Возрастающие требования к качеству, повышение механических и эксплуатационных свойств изделий в металлургии и машиностроении требуют разработки новых эффективных способов управления процессами структурообразования при получении изделий, так как именно структура материала определяет его свойства. Применяемые в металлургии и машиностроении комплексно-легированные белые чугуны  (КЛБЧ) отличаются сравнительно низкой себестоимостью и высокими потребительскими свойствами [1-10].

Одним из основных и наиболее эффективных методов, способствующих улучшению механических и технологических свойств сплавов, является модифицирование. Этот метод известен давно и широко применяется при производстве чугунного и стального литья [11-15].

С целью изучения влияния кальций-стронциевого карбоната на структуру и свойства белых чугунов следующих систем легирования: Cr-Mn-Ni-Ti (220Х18Г4НТ), Cr-Ni-Ti-Nb-B (ИЧ270Х24НТБР), Cr-Ni (ИЧХ28Н2) были выбраны его добавки в опытных плавках 1, 3, 5, 6, 7 и 9 кг/т. Плавку проводили в индукционной печи. Чугуны заливали в кокиль, песчано-глинистую сухую и сырую формы.

Экспериментальные данные по свойствам представлены на рис 1.

Обработка чугунов карбонатом приводит к увеличению показателей свойств [14, 16, 17]. Влияние добавки носит экстремальный характер. Максимальные показатели свойств для чугунов ИЧ220Х18Г4НТ и ИЧ270Х24НТБР наблюдаются при добавлении карбоната до 5 кг/т, а для чугуна ИЧХ28Н2 –до 6 кг/т.

30-06-2015 10-32-44

Рис. 1 - Влияние (Ca,Sr)CO3 на свойства чугунов: 1- ИЧ220Х18Г4НТ; 2- ИЧХ28Н2;3- ИЧ270Х24НТБР, залитых в сырую ПГФ

Структура чугунов до и после обработки карбонатом состоит из избыточных дендритов аустенита, карбидов и аустенитохромистокарбидной эвтектики розеточного строения. Количество той или иной составляющей зависит от типа формы и доли карбоната.

Так с увеличением теплоаккумулирующей способности формы снижается количество и размеры дендритов первичного аустенита, растет микротвердость металлической основы (с 540 до 800 HV) и эвтектики (с 610 до 900 HV), дисперсность и объемная доля аустенитокарбидной эвтектики.

Микроструктура чугуна ИЧ220Х18Г4НТ до и после обработки карбонатом в количестве 5 кг/т представлена на рис. 2.

30-06-2015 10-33-16

Рис. 2 - Микроструктура чугуна ИЧ220Х18Г4НТ: а) – не модифицированного; б) – модифицированного (Ca, Sr)CO3 в количестве 5 кг/т

В микроструктуре чугуна ИЧ220Х18Г4НТ до обработки карбонатом,  комплексные карбиды типа (Ti,Cr,Fe,Mn)C различной формы: вытянутые - неправильной формы; правильные – четырехугольной формы; близкие к компактной. Карбиды располагаются неравномерно, отдельными группами. Площадь карбидов колеблется от 1 до 55 мкм2 в зависимости от типа формы (соответственно 1 мкм 2 – кокиль, 55 мкм2 – ПГФ сухая, среднее значение – ПГФ сырая). При введении оптимального количества карбоната 5 кг/т карбиды становятся дисперсными, глобулярной формы, равномерно располагаются  по плоскости шлифа. Площадь карбидов от 0,2 до 22 мкм2. Это приводит к повышению износостойкости. Дальнейшее увеличение количества введенного карбоната до 9 кг/т, приводит  к укрупнению и росту карбидов, т.е. к огрублению структуры, что снижает  износостойкость чугунов. Таким образом происходит снижение модифицирующего эффекта, называемого  перемодифицированием или «старением» модифицирующего эффекта.

При добавке 1 кг/т  (Ca, Sr)CO3 микротвердость карбидов хрома увеличивается с 1040 до 1300 HV. При добавлении 5 кг/т микротвердость карбидов хрома увеличивается до 1360 HV. Повышение доли добавки до 9 кг/т приводит к падению микротвердости до 1195 HV. При увеличении количества введенного (Ca, Sr)CO3 на тонну расплава с 1 кг до 9 кг микротвердость металлической основы и эвтектики непрерывно растут с 540,97 до 736,5 HV и с 609,25 до 780,9 HV соответственно. Одновременно происходит непрерывный рост количества и дисперсности эвтектики, а количество и размеры дендритов аустенита уменьшаются. Несмотря на увеличение количества эвтектики, происходит уменьшение износостойкости при введении карбоната свыше 5 кг/т, что связано с изменениями характеристик карбидной фазы, отмеченных выше.

В результате проведенных исследований было установлено, что обработка чугунов кальций-стронциевым карбонатом приводит к увеличению показателей свойств. Максимальные показатели свойств для чугунов ИЧ220Х18Г4НТ и ИЧ270Х24НТБР наблюдаются при добавлении карбоната до 5 кг/т, а для чугуна ИЧХ28Н2 –до 6 кг/т.

Литература

  1. Ри Э.Х. Комплексно-легированные белые чугуны функционального назначения в литом и термообработанном состояниях/ Ри Э.Х, Ри Хосен, Колокольцев В.М., Петроченко Е.В. и др. – Владивосток: Дальнаука, 2006. – 275 с.
  2. Емелюшин А.Н., Мирзаев Д.А., Мирзаева Н.М., Петроченко Е.В. и др. Металловедение, физика и механика применительно к процессу обработки графитированных материалов. Структура и износостойкость инструментов; Под общ. редакцией А.Н. Емелюшина и Д.А. Мирзаева: Монография. – Магнитогорск: МГТУ, 2002. – 200 с.
  3. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Воронков Б.Н. Комплексно-легированные белые износостойкие чугуны. - Челябинск: Печатный салон «Издательство РЕКПОЛ», 2005. - 178 с.
  4. V.M. Kolokoltsev, E.V. Petrochenko. Structure Feature And Properties Of High-Alloy White Irons. Vestnik Of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013. №5 (45), 2013. рр. 5-8.
  5. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Миронов О.А. Влияние химического состава на формирование структуры и свойств жароизносостойких чугунов // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2007. – № 3. – С. 44-47.
  6. Петроченко Е.В., Молочкова О.С. Изыскание составов жароизносостойких комплексно-легированных белых чугунов // Изв. вузов. Черная металлургия. – 2009. – № 8.– С. 31 – 34.
  7. Петроченко Е.В., Молочкова О.С. Анализ взаимосвязи химического состава, условий охлаждения при затвердевании с особенностями строения сплавов, окисленной поверхности и свойствами комплексно-легированных белых чугунов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова – 2011. – № 4 (36). – С. 50-53.
  8. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Молочков П.А. Структура и износостойкость хромованадиевых чугунов// Изв. вузов. Черная металлургия. – 2004. – №7. – С. 25-28.
  9. P.K.Sain, C.P.Sharma, and A.K.Bhargava. Microstructure Aspects of a Newly Developed, Low Cost, Corrosion-Resistant White Cast Iron, Journal Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 44F,2013, pp. 1665-1671.
  10. J.Yoganandh, S.Natarjan, and S.P. Kumaresh Babu,Erosive. Wear Behavior of Nickel-Based High Alloy White Cast Iron Under Mining Conditions Using Orthogonal Array, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol.22(9), 2013, pp.2534-2540.
  11. Гольдштейн Я.Е., Мизин В.Г. Инокулирование железо-углеродистых сплавов. – М.: Металлургия, 1993. – 416 с.
  12. Специальные чугуны. Литье, термическая обработка, механические свойства: учеб. пособие / Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Соловьев В.П., Цыбров С.В.; под ред. Колокольцева В.М. Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. 187 с.
  13. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Молочков П.А. Комплексное воздействие на структуру белых износостойких чугунов с целью повышения эксплуатационной стойкости отливок// Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2004. – № 4. – С. 23-29.
  14. Колокольцев В.М., Петроченко Е.В. Металургические и металловедческие аспекты повышения функциональных свойств литых изделий из белых чугунов// Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2014. № 4 (48). С. 87-98.
  15. Колокольцев В.М., Миронов О.А., Петроченко Е.В. Повышение свойств жароизносостойкого чугуна рафинированием и модифицированием// Литейное производство. - 2007. № 3. С. 2-5.
  16. Влияние микролегирования и модифицирования на свойства жароизносостойких чугунов/Колокольцев В.М., Петроченко Е.В., Шевченко А.В., Гольцов А. С.//Труды 9 съезда литейщиков России. Уфа. 2009.-С. 12-15.
  17. Колокольцев В.М., Шевченко А.В. Повышение свойств отливок из чугунов специального назначения путем рафинирования и модифицирования их расплавов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. - 2011, №1.- С. 23 – 29.

References

  1. Ri Je.H. Kompleksno-legirovannye belye chuguny funkcional'nogo naznachenija v litom i termoobrabotannom sostojanijah/ Ri Je.H, Ri Hosen, Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V. i dr. – Vladivostok: Dal'nauka, 2006. – 275 s.
  2. Emeljushin A.N., Mirzaev D.A., Mirzaeva N.M., Petrochenko E.V. i dr. Metallovedenie, fizika i mehanika primenitel'no k processu obrabotki grafitirovannyh materialov. Struktura i iznosostojkost' instrumentov; Pod obshh. redakciej A.N. Emeljushina i D.A. Mirzaeva: Monografija. – Magnitogorsk: MGTU, 2002. – 200 s.
  3. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Voronkov B.N. Kompleksno-legirovannye belye iznosostojkie chuguny. - Cheljabinsk: Pechatnyj salon «Izdatel'stvo REKPOL», 2005. - 178 s.
  4. V.M. Kolokoltsev, E.V. Petrochenko. Structure Feature And Properties Of High-Alloy White Irons. Vestnik Of Nosov Magnitogorsk State Technical University. 2013. №5 (45), 2013. rr. 5-8.
  5. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Mironov O.A. Vlijanie himicheskogo sostava na formirovanie struktury i svojstv zharoiznosostojkih chugunov // Izv. vuzov. Chernaja metallurgija. – 2007. – № 3. – S. 44-47.
  6. Petrochenko E.V., Molochkova O.S. Izyskanie sostavov zharoiznosostojkih kompleksno-legirovannyh belyh chugunov // Izv. vuzov. Chernaja metallurgija. – 2009. – № 8.– S. 31 – 34.
  7. Petrochenko E.V., Molochkova O.S. Analiz vzaimosvjazi himicheskogo sostava, uslovij ohlazhdenija pri zatverdevanii s osobennostjami stroenija splavov, okislennoj poverhnosti i svojstvami kompleksno-legirovannyh belyh chugunov // Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova – 2011. – № 4 (36). – S. 50-53.
  8. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Molochkov P.A. Struktura i iznosostojkost' hromovanadievyh chugunov// Izv. vuzov. Chernaja metallurgija. – 2004. – №7. – S. 25-28.
  9. P.K.Sain, C.P.Sharma, and A.K.Bhargava. Microstructure Aspects of a Newly Developed, Low Cost, Corrosion-Resistant White Cast Iron, Journal Metallurgical and Materials Transactions A, Vol. 44F,2013, pp. 1665-1671.
  10. J.Yoganandh, S.Natarjan, and S.P. Kumaresh Babu,Erosive. Wear Behavior of Nickel-Based High Alloy White Cast Iron Under Mining Conditions Using Orthogonal Array, Journal of Materials Engineering and Performance, Vol.22(9), 2013, pp.2534-2540.
  11. Gol'dshtejn Ja.E., Mizin V.G. Inokulirovanie zhelezo-uglerodistyh splavov. – M.: Metallurgija, 1993. – 416 s.
  12. Special'nye chuguny. Lit'e, termicheskaja obrabotka, mehanicheskie svojstva: ucheb. posobie / Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Solov'ev V.P., Cybrov S.V.; pod red. Kolokol'ceva V.M. Magnitogorsk: GOU VPO «MGTU», 2009. 187 s.
  13. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Molochkov P.A. Kompleksnoe vozdejstvie na strukturu belyh iznosostojkih chugunov s cel'ju povyshenija jekspluatacionnoj stojkosti otlivok// Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. – 2004. – № 4. – S. 23-29.
  14. Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V. Metalurgicheskie i metallovedcheskie aspekty povyshenija funkcional'nyh svojstv lityh izdelij iz belyh chugunov// Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. - 2014. № 4 (48). S. 87-98.
  15. Kolokol'cev V.M., Mironov O.A., Petrochenko E.V. Povyshenie svojstv zharoiznosostojkogo chuguna rafinirovaniem i modificirovaniem// Litejnoe proizvodstvo. - 2007. № 3. S. 2-5.
  16. Vlijanie mikrolegirovanija i modificirovanija na svojstva zharoiznosostojkih chugunov/Kolokol'cev V.M., Petrochenko E.V., Shevchenko A.V., Gol'cov A. S.//Trudy 9 s#ezda litejshhikov Rossii. Ufa. 2009.-S. 12-15.
  17. Kolokol'cev V.M., Shevchenko A.V. Povyshenie svojstv otlivok iz chugunov special'nogo naznachenija putem rafinirovanija i modificirovanija ih rasplavov // Vestnik Magnitogorskogo gosudarstvennogo tehnicheskogo universiteta im. G.I. Nosova. - 2011, №1.- S. 23 – 29.