Розмір шрифту: 

Проблема підвищення зносостійкості багатьох деталей машин залишається актуальною. Її вирішення найбільш перспективно за рахунок створення метастабільних станів аустенітних фаз в зносостійких сплавах з  використанням деформаційних мартенситних перетворень при зношуванні (ДМПЗ) та динамічного деформаційного старіння (ДДС), що забезпечує ефекти самозміцнення, самоадаптації, само релаксації мікронапруг безпосередньо в процесі випробувань та експлуатації.

Метою роботи є підвищення зносостійкості легованих чавунів системи Fe-Cr-Mn-C з різним змістом вуглецю за рахунок оптимізації фазово-структурного складу та метастабільності параметрами гартування.

Досліджувалися чавуни 90Х23Г6С2Ф і 230Х21Г7Д2 з близьким змістом хрому та марганцю але з різним змістом вуглецю (0,9 і 2,3 % С, відповідно), та додатковим легуванням ванадію (0,25 % V) та міді (1,55 % Cu) в литому стані, та після гартування з різних температур від 950 до 1150 °С з охолодженням на повітрі. Після гартування проводився відпуск при 250 °С, 1 година для зменшення внутрішніх напруг.

Мікроструктура чавунів в литому стані складається з дендритів первинного аустеніту, продуктів його розпаду і евтектичних аустенитно-карбідних колоній. При цьому зміст карбідних фаз в чавуні 230Х231Г7Д2 значно вище, ніж в чавуні 90Х23Г6С2Ф, що пояснюється великим вмістом вуглецю. Після гартування з температури 950 °С мікроструктура чавунів диспергується внаслідок процесів перекристалізації, виділення дисперсних вторинних карбідів хрому (Cr,Fe)₂₃C₆ і розпадом дендритів первинного аустеніту з утворенням мартенситу. При цьому твердість чавунів зростає: сплаву 90Х23Г6С2Ф з HRC29 до HRC36, а чавуну 230Х231Г7Д2 з HRC50 до HRC63.

При подальшому підвищенні температури загартування до 1150 °С процес виділення вторинних карбідів конкурує з їх розчиненням в аустеніте, про що свідчить підвищення мікротвердості останнього: в 90Х23Г6С2Ф з 380HV (в литому стані) до 537HV (гартування 1150 °С), в 230Х231Г7Д2 з 586HV до 657HV, відповідно. Зі збільшенням температури нагріву з 950 °С до 1150 °С вміст мартенситу гарту зменшується, а аустеніту, навпаки, збільшується: в сплаві 90Х23Г6С2Ф з 48 % до 84 %, в чавуні 230Х231Г7Д2 з 49 % до 90 %.

Комплексні випробування зносостійкості в умовах абразивного зношування кварцовим піском, а також в умовах ударно-абразивного зношування в середовищі литого чавунного дробу показали, що температура гартування неоднозначно впливає на опору зносу досліджених сплавів. В залежності від температури гартування в досліджених межах відносна зносостійкість змінюється екстремально (табл.).

Максимум відносної абразивної зносостійкості (ε_а) для обох сплавів отримано при температурі гартування 950 °С, що співпадає з найбільшою твердістю та найбільшим приростом мартенситу деформації (ΔМ_а) в наслідок γ_зал.→αʹ ДМПЗ (див. табл.). Максимум відносної ударно-абразивної зносостійкості (ε_у.а.) для сплаву 90Х23Г6С2Ф також відповідає температурі гартування 950 °С та найбільшому ΔМ_у.а.=17 %. Для чавуна 230Х21Г7Д2 максимум ε_у.а. отримано після гартування з температури 1050 °С, та відповідає найбільшому приросту мартенситу гарту ΔМ_у.а.=19 % (але це не відповідає максимальної твердості, див. табл.). Ця невідповідність та максимальна зносостійкість сплавів пояснюється вирішальним внеском γ_зал.→αʹ ДМПЗ в формуванні опору зношуванню, оскільки мартенсит деформації що отримується в тонкому поверхневому шарі зразків при зношуванні відрізняється від мартенситу гарту більш високими твердістю, величиною мікроспотворень. К тому ж на ДМПЗ і супроводжувальні його процеси структуроутворення витрачається значна частка зовнішній механічної енергії яка підводиться до зразка при випробуваннях, та менша частка залишається на зародження тріщин та руйнування металу.

Порівняння опору зношуванню досліджених сплавів показує, що чавун 230Х21Г7Д2 має в 2,5…3 рази більшу зносостійкість, ніж сплав 90Х23Г6С2Ф в кожному з умов випробувань на зношування. Це пояснюється більш високим змістом вуглецю, що обумовлює з одного боку більший зміст карбідних фаз, з другого – більш високий рівень зміцнення метастабільного аустеніту, та як результат більше зміцнення мартенситу деформації що отримується в наслідок розвитку γ_зал.→αʹ ДМПЗ та ДДС.

Таким чином для умов експлуатації, пов’язаних з абразивним та ударно- абразивним характером зношування деталей можуть бути рекомендовані економнолеговані чавуни, які досліджені в даної роботі. При цьому для абразивного характеру роботи необхідно проводити гартування таких сплавів з температури 950 °С, а для ударно-абразивних умов експлуатації – гартування з температури 1050 °С. Достатньо високий зміст хрому в досліджених сплавах (21…23 %) дозволяє розглядати нові чавуни як перспективний матеріал для складних умов експлуатації, пов’язаних не тільки з абразивним та ударно-абразивним зношуванням, але і з корозійним характером впливу експлуатаційної середи, оскільки хром в такої концентрації підвищує корозійну- та жаростійкість.