Христенко В.В., Ушкалова О.В., Кулініч А.А., Захарова А.С.

Национальный технический университет Украины «КПИ», Киев, Украина

ИЗНОСОСТОЙКИЕ ХРОМИСТЫЕ ЧУГУНЫ С ВКЛЮЧЕНИЯМИ ФАЗЫ НА ОСНОВЕ МЕДИ

Результаты теоретического анализа [1 – 3] свидетельствуют о возможности существования расплавов системы Cu – Fe – Cr – C в виде двух жидких фаз: фазы на основе меди и (Fe – Cr – C) фазы. С практической точки зрения относительно системы Cu – Cr – Fe – C появляется возможность создания износостойких хромистых чугунов, структура которых содержит медные включения. Капли «медной» фазы, распределенные в (Fe – Cr – C) основе (расплаве хромистого чугуна), могут служить препятствиями для роста первичных карбидов при кристаллизации. Это способствует их измельчению и, как следствие, – улучшению обрабатываемости материала резанием. Кроме того, мягкие включения «медной» фазы, распределенные в твердой основе, способны существенно улучшить антифрикционные свойства и износостойкость сплава при трении [4].

Возможность пребывания расплавов системы Cu – Fe – Cr – C в виде двух сосуществующих фаз эмпирически проверяли методами седиментационного анализа и дифференциальной сканирующей калориметрии. Седиментационному анализу подвергали сплав, состоящий из 50 объемн. % хромистого чугуна (16 мас. % Cr и 1,6 мас. % С) и 50 объемн. % меди. Установлено, что при температуре 1400 ⁰С расплав пребывал в двухфазном состоянии, а при отсутствии перемешивания из-за различия величин удельного веса «медной» и (Fe – Cr – C) фаз происходит его расслоение. Этот вывод также подтверждается результатами исследования микроструктур образцов, полученных всасыванием расплава из донной и верхней частей тигля.

Установлено, что структура образца, полученного методом закалки из жидкого состояния представляет собой «замороженную эмульсию» с дисперсной фазой, сформированной на основе медной добавки. Также установлено, что в образцах, полученных заливкой расплава в металлический кокиль, коалесценция и седиментация включений дисперсной фазы также не получают заметного развития, поэтому структура «замороженной эмульсии» сохраняется. Следует отметить, что медные включения, распределенные в
(Fe – Cr – C) основе, являются препятствием для роста первичных карбидов при кристаллизации хромистого чугуна.

Выводы: экспериментально подтвержден теоретически установленный факт возможности пребывания расплавов системы Cu – Fe – Cr – C в двухфазном состоянии. Эмпирически установлена возможность эмульгирования расплавов указанной системы и получения литых структур типа «замороженная эмульсия». Показано, что наличие медных включений в структуре хромистых чугунов способствует измельчению первичных карбидов.

Литература

1. Кириевский Б. А., Христенко В. В. О взаимной растворимости и образовании области несмешиваемости металлов в жидком состоянии. / Металл и литье Украины. – 1999. - № 1 – 2. – С. 12 – 15.

2. Христенко В. В., Руденко М. А., Ушкалова О. В. Строение расплавов системы Cu – Cr / Процессы литья. – 2012. – № 6 – С. 62 – 65.

3. Кириевский Б. А., Христенко В. В. Перспективные методы дисперсионного упрочнения сплавов на основе меди для изготовления электродов контактной сварки / Наука та інновації. – 2005. – т.1, № 6. –            С. 84 – 90.

4. Христенко В. В., Ушкалова О. В., Трубаченко Л. Н. Зносостійкі сплави системи  (Fe – Cr – C) з поліпшеними властивостями // Материалы научно-практической выставки-конференции «Литейное производство: технологии, материалы, оборудование, экономика и экология». – Киев: ФТИМС НАН Украины, 12 – 14 декабря 2011. – С. 293 – 294.