Розмір шрифту: 

В роботах, виконаних ФТІМС НАНУ (В.П. Гаврилюк, І.Г. Неїжко), та інших показана залежність механічних властивостей виливків з графітизованих чавунів від температури аустенізації, з якої виконують ізотермічне гартування (ІГ). Це підтверджують також інші публікації, наприклад, про вплив температури аустенізації на твердість загартованих зразків з високоміцного чавуну (ВЧ) з наступним відпуском (рис. 1) [1].

Рис. 1. Вплив температури аустенізації на твердість загартованих зразків

Підвищення властивостей залізовуглецевих сплавів виконують методами отримання двофазних (dual phase, DP) [2] чи багатофазних (зокрема, вітчизняні праці Л.С. Малинова, К. І. Узлова та інших) мікро- і макронеоднорідних структур (аусферит, бейніт, мартенсит тощо), зокрема, у виливках. Прикладом цього є двофазні за металевою матрицею ізотермічно загартовані чавуни DP-ADI, структура яких складається з аусфериту, вільного (проевтектоїдного), пересиченого вуглецем фериту та графіту. DP-ADI чавуни мають більшу пластичність, кращу оброблюваність, ніж звичайні ADI, що містять, наприклад, аусферит і графіт [2]. На рис. 2 [3] показано вертикальні розрізи потрійної діаграми Fe-C-Si паралельно стороні Fe-C при Si – 2,0% і Si – 3,8%.


Рис. 2. Вертикальні розрізи потрійної діаграми Fe-C-Si паралельно стороні Fe-C при Si – 2,0% (а) та Si – 3,8% (б) [3]: α – ферит, γ – аустеніт, Р – рідина, С – вуглець (графіт); область міжкритичного інтервалу температур (МКІТ) зафарбовано сірим кольором

Методом ІГ з області МКІТ забезпечують певну долю у структурі DP-ADI вільного (проевтектоїдного) пересиченого вуглецем фериту і тим самим регулюють твердість DP-ADI. Так, в зразках [2] чавуну з мас. %: 3,53 С; 2,53 Si; 0,35 Mn; 0,045 Cu; 0,07 Ni; 0,055 Mg; 0,031 P; 0,015 S; при долі 18,4% і 78,8% (за об’ємом) такого фериту (решта – аусферит і графіт) твердість DP-ADI, відповідно, доступна для регулювання від 300 до 178 НВ (рис. 3).


Рис. 3. Вплив відносного вмісту фаз (% за об’ємом) в структурі чавуну DP-ADI на його твердість [2]; Тγ – температура аустенізації
Оскільки у відділі проф. О. Й. Шинського запатентовано ряд способів взаємного доповнення лиття та термообробки – ІГ (або термообробки з литого стану) виливків з чавуну, то нас зацікавила можливість зовнішнього впливу на затверділий виливок для створення його диференційованих механічних властивостей. Відділ давно удосконалює ЛГМ-процес, а в нових способах регулювання і підвищення властивостей виливків використовували унікальний потенціал ЛГМ не лише для легкої формовки з сипкого піску, але і легкого вибивання чи видалення виливка з форми. Тому гарячий виливок в аустенітному стані нескладно видалити з сипкого піску і провести його ІГ, підвищивши механічні показники чавуну в 1,5…2,0 рази, або виконавши більш складне регулювання його властивостей.
З прикладу на рис. 3 видно, якщо одну поверхню виливка при ІГ загартувати з температури 820 °С, а другу – з 800 °С, то твердість першої поверхні буде 265 НВ, а другої – 195 НВ. Запропонований спосіб ґрунтувався на тому, що слід одну поверхню гарячого виливка захистити від охолодження, а другій прискорити охолодження, досягнувши, наприклад, вказаного перепаду температур. При цьому застосували прийом під умовною назвою «холодильник-навпаки» або металевий «нагрівальник чи теплоізолятор».
Металеві зовнішні холодильники давно застосовують для регулювання охолодження виливків у піщаній формі. Наведемо такий приклад. Якщо в термічній печі (термосі) тримати, наприклад, металеві пластини нагрітими до температури (820 + 5) °С, видалити чавунний виливок з сипкого піску форми (при ЛГМ) при температурі (830 ± 10) °С, накласти гарячу пластину на одну стінку виливка, а другу відкриту охолодити до температури 800 °С самовільною конвекцією повітря, обдуванням повітря, в тому числі, вологого чи з аерозолем, і при досягненні 800 °С провести гартування виливка в воді чи іншому гартувальному середовищі з подальшим виконанням операцій згідно ІГ, то одна поверхня загартується з температури 820 °С, а друга – з 800 °С, відповідно буде і твердість цих поверхонь (як ми вище розглянули), а також міцність, що прямо залежить від твердості. Сучасні пірометри дають похибки ±3 °С і менше.
З такими диференційованими механічними властивостями виливків є потенціал застосування для деталей, що служать в умовах регульованого зношування (рис. 4), потребують одної поверхні твердої і міцної, а другої – більш м’якої, в’язкої чи з неважкою оброблюваністю тощо. При цьому металева матриця [4] одної поверхні виливка може бути аусферитною з твердістю 300…550 НВ, а друга – майже повністю феритна з твердістю 150…200 НВ.

а б в
Рис. 4. Приклади виливків (а, б), що застосовують в умовах зношування, та їх пінополістирольні моделі (в) для ЛГМ

Література:
1. Jon L. Dossett, Howard E. Boyer. Practical Heat Treating: Second Edition. 2006. ASM International. 296 р. DOI: 10.1361/pht2006_FM.
2. Olivera Eric et al. Dual Phase Austempered Ductile Iron - The Material Revolution and Its Engineering Applications // Computational and Experimental Approaches in Mat. Sc. and Engineering. CNNTech. – 2019, September. – Р. 22–38.
3. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. М.: Металлургия, 1989. – 456 с.
4. Макаренко К. В. Рациональное структурирование графитизированных чугунов // Труды Нижегородского ГТУ им. Алексеева, 2014. – № 2. – С. 196–205.