Введение к работе
I Повышение качества и надёжности детален и конструкций, в сочетании со снижением их энерго- м металлоемкости, относятся к числу важнейших задач, стоящих перед материаловедами Украины. Решение этих задач непосредственно связано с повышением свойств конструкционных материалов, п частности, чугунов различных классов, широко применяемых во всех отраслях промышленности.
Эффективным способом решения этих задач является термическое упрочнение чугунных отливок. Свойства деталей из чугунов различных типов могут быть существенно улучшены за счёт термической обработки на бейнпт в твердом состоянии. Актуальность темы
В настоящее время известно, что высокопрочный чугун с бейнитной структурой матрицы обладает комплексом механических и служебных свойств, который позволяет рассматривать этот класс материалов как перспективный, с точки зрения замены низколегированных сталей, традиционно применяемых для изготовления широкого спектра легален машиностроения. Такая замена обусловливает ряд серьезных экономических преимуществ : снижение металлоемкости и энергоёмкости изделий в 1.2-1.3 раза; сокращение длительности производственного никла как минимум в 2 раза; увеличение срока службы дорогого металлообрабатывающего инструмента в 2-9 раз при различных операциях механической обработки Наряду с этим, замена стальных деталей чугунными обеспечивает: снижение уровня шума при работе механизмов и машин за счёт более высокой демпфирующей способности чугуна; быструю прнрабатываемость в условиях сухого трения и трения со смазкой; снижение массы деталей на 10% при равных прочностных и пластических характеристиках (по сравнению со сталью),! либо при равной массе более высокий комплекс свойств
Половинчатые чугуны, используемые в промышленности для производства валбв н других изделий, легированы молибденом и никелем, что позволяет сформировать бейнитную структуру матрицы в литом состоянии без термической обработки. Снижение содержания указанных дорогих и остродефицитных, в условиях Украины, легирующих элементов в половинчатом чугуне, за счет термической обработки на бейнит, позволяет существенно снизить себестоимость продукции.
Таким образом, разработка режимов термического упрочнения различных классов чугунов на бенннт позволяет снизить металло- и энергоёмкость производства, расходы на закупку дорогих легирующих элементов, улучшить потребительские свойства машиностроительной продукции, а в случае белых чугунов сократить расходы на вспомогательные материалы и оборудование и условиях машиностроительных, литейных и металлургических предприятий Украины
Связь с научными программами и планами
Диссертационная работа обобшаег часть результатов исследований, выполненных в рамках реализации научно-технических работ по программе ГКПТ Украины 7.02 "Новые металлические материалы" проект № 7 02.04/052.92 "Разработка теории и технологии производства бемиитных чуіуноп с шаровидным графитом для последующего их внедрения на машиностроительных предприятиях Украины", по программе научно-исследовательских работ Министерства Образования Украины НИР "Исследование структурного состояния и кинетики твердофазных превращений в ходе изотермической закалки матрицы чугунов и разработка оптимизированных режимов термической обработки с целью достижения наилучшего сочетания свойств чугунных отливок" (1996-1998 гг.), по Государственной научно-технической программе 04.03 "Підвищення надійності та довговічності машин та конструкцій" проект № 04.03/00897 "Розробити склади і процеси зміцнюючої обробки залізо-вуглецевнх сплавів, що забезпечують підвищення зносостійкості та спеціальних службових властивостей деталей; машин з важкими умовами експлуатації"" (1997-1998). Цель и задачи работы
Цель настоящей работы - разработка режимов термического упрочнения чугунов различного тира (высокопрочного, половинчатого и белого высокохромистого), позволяющих достигать повышенного комплекса механических и служебных свойств в отливках.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
исследовать закономерности формирования бейнитной структуры в высокопрочном, половинчатом и белом высокохромнетом чугунах;
исследовать кинетику бейннтного превращения в указанных типах чугунов и построить изотермические диаграммы распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области,
установить взаимосвязь между структурными параметрами и механическими свойствами в термообработанном на беннпт состоянии.
Научная новизна
Установлено, что, в соответствии с общими закономерностями фазовых превращений в твёрдом состоянии, бейнитные агрегаты во всех изученных классах чугунов формируются преимущественно на имеющихся межфазных поверхностях аустеннт/графнт (в высокопрочных и половинчатых чугунах) и аустенит /карбид (в белом высокохромистом чугуне).
Показано, что нижний бейнит в высокопрочном чугуне формируется по границам зерен исходного аустенита. Аналогичный характер структурообразования был установлен и в белом высокохромнетом чугуне. С точки зрения общих закономерностей бейннтного превращения в сплавах системы железо-углерод это явление не является принципиально новым, поскольку подобный эффект был зафиксирован в большом числе работ по исследованию беннита в сталях. Однако, для структурообразования в чугунах эта особенность обнаружена впервые.
Установлено, что нижний бейнпт в половинчатых чугунах имеет линзообразную морфологию, схожую с морфологией мартенсита в высокоуглеродистых сплавах системы железо-углерод. Образование нижнего бепппта линзообразной морфологии фиксировали различные авторы в заэвтектоидных сталях с содержанием углерода 1.1-1.6% по массе, однако в половинчатых чугунах такая особенность зафиксирована впервые.
Впервые обнаружено, что о процессе бейнитной реакции в высокопрочных чугунах ВЧ60 и ВЧ80 в структуре металлической матрицы формируются два аустенита, отличающихся по параметру решетки и содержанию углерода. Исследована динамика изменения параметра решётки и содержания углерода в аустсните при варьировании температурио-временных параметров изотермической выдержки в бейнитной области. Показано, что в высокопрочных чуіунах кинетика бейннтного превращения контролируется диффузионным перераспределением углерода между фазами Установлено, что при высокой тсмпсрагуре изотермической выдержки более быстрое насыщение непревращенного аустенита углеродом обусловливает существенное замедление развития превращения
В работе изучена кинетика бейннтного превращения в высокопрочном, половинчатом, белом высокохромистом чугунах и впервые построены диаграммы изотермического распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области температур. В случае высокопрочного чугуна установлен ранее неизвестный факт-наличия двух отличных друг от друга, С-образных кривых, описывающих формирование верхнего и нижнего бейнита. Для каждого типа чугунов установлен температурный интервал перехода от верхнего к нижнему бейниту.
Практическое значение полученных результатов. Впервые построенные в диссертационной работе диаграммы изотермического распада переохлаждённого аустенита в бейнитной области температур для трех изученных типов чугунов являются справочным материалом и будут использованы при разработке режимов термической обработки конкретных изделий
з Разработанные, на основе проведенного в диссертационной работе комплекса исследований, режимы изотермической закалки на бейпит высокопрочного чугуна рекомендованы к использованию в промышленных условиях для термического упрочнения различных отливок машиностроительного назначения. Установленная количественная взаимосвязь между соотношением бсГппгга и (феррнта+перлита) в структуре матрицы высокопрочного чугуна также является справочным материалом и может быть использована для опенки качества крупногабаритных термоупрочнённых отливок.
Режимы изотермической закалки па бейнит белого высокохромистого чугуна, разработанные на основании проведенных исследований, прошедшие опытно-промышленное опробование в условиях ПО "ІОМЗ" (г.Днепропетровск), предназначены для увеличения срока службы лопаток дробемстных аппаратов, плит бронезащиты и других деталей, работающих в условиях ударно-абразивного износа.
Данные о взаимосвязи параметров термического упрочнения на бейнит, структурных характеристик матрицы и свойств зкочомнолегировапиого половинчатого чугуна, позволяют рекомендовать предложенный химический состав, совместно с разработанными режимами термического упрочнения на бейнит для использования в промышленности взамен более высоколегированных марок чугуна. Широкое промышленное внедрение указанных разработок требует проведения дополнительных исследований по корректировке состава и режимов термической' обработки применительно к конкретной номенклатуре изделий и условиям производства.
Личный вклад соискателя . Соискателем исследованы закономерности формирования структуры чугунов ВЧ-60, ВЧ-80, КПХМНБ, ИЧХ12НМФТ в бейнитной области температур, определены температурные интервалы фазовых переходов, изучена кинетика бейннтного превращения в исследованных чугунах. Разработаны режимы изотермической закалки на бейнит, позволяющие улучшить комплекс механических и эксплуатационных свойств, її проведено их опытное опробование в условиях машиностроительных предприятий. В диссертации не использованы плен и разработки соавторов, с которыми опубликованы печатные работы.
Личный вклад соискателя в опубликованные в соавторстве работы (в порядке приведенном в списке опубликованных работ):
1-3, б, 8-14 : Постановка задачи и планирование экспериментов, анализ литературы и полученных экспериментальных данных, формулирование выводов.
4,5, 7 : Подбор и анализ литературы, формулирование выводов.
5 : разработка модели бейннтного превращения.
1-3, б, 8-12, 14 : проведение термической обработки и металлографических исследований.
1- определение интервалов фазовых превращений, изучение кинетики прерваще-ння в бейнитной области
2, 3, 8, 9, 10 - расчет и анализ рентгенографических данных
б, 11, 13, 14 : определение механических свойств.
12 : моделирование механических свойств.
Апробация результатов диссертант/
Результаты диссертации были доложены и обсуждены на:
-
II Международной конференции "Материалы для строительства" ІСМВ'93, Днепропетровск, Украина, 1993 г.
-
V Всеукраинской студенческой научной конференции "Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов", Донецк, Украина, 1995г.
-
Ill Черкасском Семинаре стран Содружества "Актуальные вопросы диффузии, фазовых и структурных превращений в сплавах". Сокирне, Украина, 1995 г.
-
Международной научно-технической конференции "Качество н долговечность зубчатых передач и редукторов", Харьков, Украина, 1995 г.
-
Конференции "Металловедение и обработка металлов", Донецк, Украина, 1996г.
-
-Международном конференции "Zcliwo sfcroidalnc szansa rorwoju polskicgo odlcwnictwa", Krakow, Poland, 1996.
-
4th European Simposium on Martensitic Transformations, Enschede, Tlie Netherlands, July 1997.
-
XVth Physical Metallurgy and Materials Science Conference "Advanced Materials and Technologies", Krakow-Krynica, Poland, May 1998
Публикации. Результати диссертации опубликованы в у статьях в научных
журналах, 7 сборниках и тезисах научных конференций.
Структура и объём работы . Диссертация состоит из введения, 5 разделов, выводов, 1 приложения. Полный объём диссертации Лфстр. Диссертация включает07рисунков, 3 таблиц, I приложение, список использованных литературных источников из 148 наименований.
