Металлургия

Жигуц Ю.Ю., Легета Я.П., Панченко А.А.

Ужгородский национальный университет, Украина

ТЕРМИТНЫЕ НИЗКОЛЕГИРОВАННЫЕ ИЗНОСОУСТОЙЧИВЫЕ ЧУГУНЫ

ВВЕДЕНИЕ. Важной проблемой для современного производства остается не только создание новых материалов и улучшения свойств традиционных, но и обеспечение запасными частями и инструментом немассового использования потребность в котором возникает на небольших предприятиях и в мастерских, где нет соответствующей технологической базы.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Детальное изучение вопроса дает возможность считать, что вышеперечисленные проблемы могут успешно решаться за счет использования материалов, полученных металлотермией. Именно поэтому, исследование влияния металлотермических способов получение сплава на микроструктуру, химический состав, механические свойства синтезированных материалов приобрели большое практическое значение.

ИСХОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ОБРАЗЦОВ И КОМПОНОВКА МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОЙ СМЕСИ. При компоновке металотермической шихты использовались следующие материалы: феррохром ФХ65-7А ГОСТ 4757079; ферросилиций ФС65Ал3,5 ГОСТ 1415-78; порошок алюминиевый ПА-3-ПА-6 ГОСТ 6058-73; ферромарганец ФМН70 ГОСТ4761-80; ферротитан Фти30А ГОСТ4761-80; железная окалина кузнечного производства среднего химического состава (мас. %): 0,05 С; 0,10-0,35 Sі; 0,10-0,35 Mn; 0,01-0,03 S; 0,01-0,03 P; 40-50 Fe₂O₃; 50-60 Fe.

При организации процесса синтеза чугунов используются классические [1] термитные реакции, основанные на окислении алюминия и восстановлении железа. При установлении состава шихты разработана методика расчета на основе стехиометрического соотношение компонентов реакции с введением соответствующих поправочных коэффициентов, которые учитывают усвоение компонентов металлом [1,2]. Для определения массы синтезированного металлического слитка и выхода сплава из шихты были проведенные микроплавки с массой шихты от 100 до 500 г в металлотермическом реакторе [3] с разным процентным соотношением компонентов в смеси. Порошковая шихта просушивалась при температуре 150-180⁰С, смешивалась и уплотнялась.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ. При синтезе износоустойчивых термитных чугунов металлотермическим способом необходимо учитывать, что в связи с высоким перегревом расплава в условиях микроплавки возникает быстрое охлаждение, и как следствие, образуется мартенситная или игольчатая структуры. Именно эти структуры проявляют наивысшую износостойкость. Особенностью синтезированных термитных чугунов было наличие карбидов, которые занимали ~50% объема материала и позволяют значительно повысить жаропрочность и жаростойкость чугуна.

Анализ показывает, что в поверхностном слое синтезированных термитных чугунов содержание цементита составляет не менее 50%, что увеличивает микротвердость до 1000−1050 НV. Введение дополнительно в шихту даже незначительного количества порошкового хрома или низкоуглеродистого феррохрома значительно повышает износостойкость чугуна.

Методами рентгеноструктурного анализа в их структуре выявлено кроме карбидов Fe₃C и (Fe,Сr)₃С, карбиды (Fe,Сr)₇С₃, что обеспечивает твердость ~15000 МПа.

Для улучшения литейных свойств и качества отливок из термитного чугуна форма нагревалась до 150-200⁰С. Твердость и обрабатываемость некоторых марок исследованных износоустойчивых термитных чугунов показаны в табл.

Таблица

Обрабатываемость термитных легированных чугунов

№ з/п	Марка	НRC	Скорость резания, м/мин	Коэффициент относительной износостойкости
1	ИЧХ28Н2	57–59	9,2	7,8–8,3
2	ИЧХ12М	38–40	24,8	14–16
3	ИЧХ2Н4	58–62	10,1	6,9–7,2

Вероятность графитизации отливок из износоустойчивого термитного чугуна при синтезе сплава алюминотермическим способом значительно уменьшается в связи со значительным градиентом температур и высокими скоростями теплоотвода. Разработанные составы термитных смесей могут быть использованы и для технологии термитных литейных прибылей высокого температурного градиента и для термитного сваривания чугунов.

ВЫВОДЫ. Теоретически и экспериментально показана принципиальная возможность термитной выплавки термитных износоустойчивых чугунов и специальных термитных легированных чугунов. Полученные специальные чугуны имеют свойства даже лучшие, чем у чугунов изготовляемых промышленным способом. Исследование этих термитных сплавов показало, что они имеют повышенную прочность и пластичность, а микроструктуры их, как правило, более мелкозернистые по сравнению с промышленными сплавами.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жигуц Ю., Широков В. Методика розрахунку складу екзотермічних шихт на основі термохімічного аналізу// Машинознавство. − Львів. − 2005. − №4. − С. 48−50.

2. Жигуц Ю.Ю. Високоміцний чавун для термітного зварювання заготовок//Восточно-европейский журнал передовых технологий. − Харьков. − Техн. центр. − 2005. − №1 (13). − С. 56−58.

3. Патент України на корисну модель № u 2005 03319 А МПК: 7В22С9/08. Металотермічний реактор/ Ю.Ю. Жигуц, Ю.Ю. Скиба, В.І. Похмурський, І.І. Крайняй − Опубл. 17.10.2005. − Бюл. №10.

4. Патент України №253051 А МПК: 7В22С9/08 Спосіб термітного зварювання чавунів /Ю.Ю. Жигуц, Ю.Ю. Скиба. Опубл. 15.01.2003; − Бюл. №1.