ВПЛИВ МАРГАНЦЮ, ХРОМУ, ТИТАНУ ТА БОРУ НА ВЛАСТИВОСТІ ЗНОСОСТІЙКОЇ СТАЛІ

Національний технічний університет України „КПІ”, Київ, Україна

В зв’язку з розвитком ринкових відносин у промисловості країни і посилення конкуренції на ринках збуту все більше зростають вимоги до якості продукції. Якість виливків та їх службові властивості залежать, в першу чергу, від технологічних процесів плавлення, позапічного оброблення металу, його розливання у форми, вибивання та термооброблення.

Зносостійкі сталі повинні мати високі міцність, в’язкість руйнування, теплопровідність і спроможність до утворення під час тертя міцних плівок вторинних структур. За наявністю агресивних середовищ, підвищених температур і дії інших фізичних і хімічних факторів, що знижують міцність поверхні, опір зношуванню залежить від корозійної стійкості матеріалу, його жаростійкості та інших властивостей.

Виливки з високомаргагцевої сталі в умовах абразивного та ударно-абразивного зношування з невеликим ступенем пластичної деформації мають низький опір зношуванню.

Високолеговані аустенітні сталі можуть бути частково замінені більш дешевими економнолегованими перлітно-карбідними сталями, близькими за своїм складом до евтектоїдного. Такий склад, при раціональному виборі технології плавлення і термічного оброблення дає можливість отримати структуру з перлітною матрицею, що забезпечує достатню міцність і ударну в’язкість, із невеликою кількістю карбідів, які підвищують абразивну стійкість без надрізувального, знижуючого ударну в’язкість, впливу на матрицю.

Виходячи із наведеного можна зробити висновки, що для оптимізації властивостей вуглецевих сталей необхідно дослідити вплив  карбідоутворювальних елементів на структуру та властивості  цих сталей.

Підвищення ударної в’язкості марганцевої сталі за умови збереження чи підвищення її зносостійкості можна досягти за рахунок економного легування недефіцитними елементами.

Досліджено вплив основних елементів (C, Mn), а також легування та модифікування активними карбідоутворювальними та стабілізувальними аустеніт елементами (Cr, Ti, B), на властивості марганцевої сталі.

Сталь виплавляли в індукційній високочастотній печі в тиглі з основною футерівкою. Для випробувань виготовляли в піщаноглинистих формах зразки розміра у перерізу 12×12 мм², довжиною 60 мм.

Методика випробування зразків на ударну в’язкість – стандартна. Зносостійкість визначали за спеціальною методикою на установці, абразивом у якій слугує кварцовий пісок.

Результати дослідження наведені в табл. 1, які показують, що найвища ударна в’язкість спостерігається в сталях, які вміщують вуглець на рівні 0,6% і марганець – до 2%, проте їх зносостійкість, у порівнянні із сталлю, що вміщує вуглець та марганець відповідно на рівні 0,6 та 0,3%, незначно відрізняється.

Підвищений вміст вуглецю сприяє утворенню карбідів типу МеС, Ме₆С, Ме₃С та ін. та зростанню міцності сталі, покращенню ливарних властивостей, проте при цьому знижується ударна в’язкість, тому підвищення вмісту вуглецю понад 0,7% небажане.

Марганець у сталі із зростанням його вмісту до 1,8% сприяє підвищенню степені дисперсності перліту, при цьому знижується кількість доевтектичного фериту або, відповідно, заевтектичних карбідів. Подальше підвищення вмісту марганцю небажане в зв’язку із зниженням пластичності сталі,хоча міцність – зростає.

Досліджено вплив хрому на відносну зносостійкість та ударну в’язкість сталі (табл. 2.).

Хром є досить розповсюдженим елементом, який вводять в марганцеву сталь з метою підвищення зносостійкості.

Хром стабілізує аустеніт, а також є активним карбідоутворювачем. При введенні в сталь 1% хрому значно зростає відносна зносостійкість (від 1,0 до 1,32). При додаванні 3% хрому знижується ударна в’язкість. Отже найбільш задовільний комплекс властивостей має сталь з вмісом хрому до 2% .

Досліджено вплив бору та титану на властивості зносостійкої сталі при вмісті вуглецю 0,5%.

Титан має більшу спорідненість до вуглецю, ніж хром, і при кристалізації утворює дисперсні карбіди, які сприяють подрібненню структурних складових, що сприятливо позначається на зносостійкості. При цьому карбіди титану знаходяться у вигляді ізольованих вкраплин, стійкі, мають високу твердість, що призводить до підвищення зносостійкості. Крім того, підвищенню зносостійкості і твердості сприяє утворення спеціальних карбідів титану, які призводять до збільшення концентрації хрому в твердому розчині.

Введення титану в межах 0,05…0,15% сприяє додатковому покращенню властивостей сталі, особливо зносостійкості, а після термічного оброблення забезпечує меншу схильність до перегрівання. Підвищення вмісту титану понад 0,15% знижує пластичність сталі, хоча зносостійкість і зростає.

Титан подрібнює структуру сталі, усуває стовпчасту будову виливків, підвищує твердість та зносостійкість.

Глибока ступінь розкиснення та дегазації досягається за рахунок мікроприсадок бору. Ефективність бору значно вища, ніж інших елементів. Бор є добавкою, що підвищує зносостійкість сталі при введені його в межах 0,002…0,004% при більшому його вмісті різко знижується пластичність сталі.

Кращий комплекс властивостей має сталь з вмістом 0,1% Ті+                + 0,002% В.

Отже, найбільш задовільні результати щодо підвищення зносостійкості марганцевої сталі досягаються внаслідок комплексного легування та мікролегування.

Наведені результати дають можливість зробити висновок, що подальше покращення властивостей таких сталей можна досягти використанням режимів термічного оброблення.