СТАТЬИ/ АБЧШГ
Перспективы производства отливок ЧШГ аустенитно-бейнитного класса. Корниенко Э.Н., Панов А.Г., Хальфин Д.Ф.
В настоящее время существует много практических доказательств того, что аустенитно-бейнитные чугуны с шаровидным графитом (АБЧШГ) обладают потенциальной возможностью значительно увеличить спрос на отливки из высокопрочных чугунов (1, 2,3).
АБЧШГ – это конструкционный материал, обладающий высокой прочностью, вязкостью и износостойкостью. Он получается с помощью специальной термической обработки (изотермической закалки) экономно легированных, промодифицированных чугунов. Выбор легирующих компонентов для увеличения прокаливаемости и стабилизации аустенита ограничивается элементами, не образующими, карбиды, такими как никель, медь, а также (в небольших количествах) – марганцем и молибденом. Диапазоны содержания легирующих элементов в наиболее используемых АБЧШГ представлены в Таблице 1.
Таблица 1.
| C | Si | Mn | Ni | Cu | Mo |
| 3,2 - 3,8 | 2,0 - 2,4 | 0,2 - 0,5 | 0,8 - 2,5 | 0,5 - 1,5 | 0,2 - 0,8 |
| Диапазон содержания легирующих элементов АБЧШГ. | |||||
Литейным предприятиям, которые намерены искать пути выхода на рынки сбыта отливок для деталей из АБЧШГ необходимо, кроме хороших знаний особенностей технологий их изготовления, постараться найти «общий язык» с термистами и механообработчиками (партнёрами), а также конструкторами (заказчиками), от грамотности и «продвинутости» которых в большой степени зависит спрос на этот вид продукции. Поэтому литейщикам необходимо достаточно хорошо знать свойства этих чугунов, их назначение, особенности механической и термической обработок.
Свойства и области применения АБЧШГ.
Структура правильно обработанного аустенитно-бейнитного чугуна представляет собой сочетание бейнитного феррита и больших объёмов (до 45%) – стабилизированного аустенита. Мелкозернистость структуры обеспечивает высокую прочность материала, высокая пластичность ферритной и аустенитной фаз обеспечивают отличную вязкость. Различают два основных структурных типа бейнитов в чугунах – так называемые нижний и верхний, которые получаются, соответственно, при более низких (ориентировочно – 280 - 350 °С) и более высоких (ориентировочно – 350 - 450 °С) температурах закалки и изотермической выдержки. Детали со структурой матрицы нижнего бейнита обладают максимальными прочностью, твёрдостью и износостойкостью при хорошей ударной вязкости и относительном удлиннении, а детали со структурой матрицы верхнего бейнита – высокой прочностью наряду с высокой ударной вязкостью и высоким относительным удлиннением. Диапазон механических свойств АБЧШГ с нижним и верхним бейнитом приведён в таблице 2.
Таблица 2.
| Бейнит | σв, МПа | δ, % | HRc, МПа | KC, МДж |
| нижний | 1100-1500 | 1-4 | 42-48 | 0,2-0,5 |
| верхний | 800-1200 | 3-10 | 36-45 | 0,2-0,4 |
| Диапазон механических свойств АБЧШГ. | ||||
Наряду с механическими и эксплуатационными свойствами, успешно конкурирующими с аналогичными свойствами сталей, АБЧШГ обладают традиционными для чугунов отличными литейными свойствами, большей лёгкостью, отличными демпфирующими свойствами, хорошей прирабатываемостью, отличными антифрикционными свойствами.
Вышеперечисленное позволяет сделать вывод, что потенциал АБЧШГ может быть использован как при завоевании новых рынков сбыта отливок за счёт замены стальных отливок и поковок, а также сохранении и увеличении существующих рынков сбыта чугунных отливок, угроза которым постоянно имеется со стороны других конкурентоспособных известных, или новых материалов.
В настоящее время наиболее часто упоминаемыми массовыми изделиями из АБЧШГ в мире являются зубчатые шестерни и коленчатые валы в автомобилестроении, рабочие детали землеройной техники, конструкционные детали в вагоностроении.
Особенности технологий изготовления отливок для деталей из АБЧШГ.
Возможны два принципиально отличающихся метода получения аустенитно-бейнитной структуры матрицы в чугунах:
Наиболее часто в производстве применяется второй метод изготовления деталей из АБЧШГ. При этом на стадии изготовления отливки технолог также должен грамотно подобрать химический состав и параметры литья для получения в литой заготовке оптимальной структуры, которая бы удовлетворяла, с одной стороны – механообработчиков, а с другой стороны – термистов. Так как снижение затрат на механическую обработку за счёт уменьшения твёрдости заготовки влечёт за собой увеличение энергетических затрат на термическую обработку и наоборот.
Одной из проблем при получении изделий из АБЧШГ является повышенное требование к стабильности литой структуры (наследство литой структуры) заготовки, которая будет в последствии термически обрабатываться. А именно: необходимо в литой структуре иметь минимальное количество феррита для оптимального выравнивания исходной для закалки структуры. Необходимо иметь определённое количество и размеры графитных включений, которые также влияют на диффузию углерода в аустените. Необходимо иметь стабильную форму, размер и равномерное распределение графита по объёму отливки для получения высоких механических свойств, требуемых от АБЧШГ. Поэтому более высокие требования предъявляются к стабильности всех элементов технологии изготовления отливок – шихтовым материалам, режимам приготовления расплава, модифицированию расплава, режимам кристаллизации расплава.
Причём, особенные требования предъявляются к стабильности шихтовых материалов и лигатур, так как, порой, смена поставщика материалов, или даже партии материалов приводит к необъяснимым для производственных технологов и значительным разбросам по литой структуре даже при соблюдении рекомендуемых в литом состоянии механических свойств.
При выборе модификатора и способа модифицирования следует учитывать нижеследующее. Известно, что наиболее стабильным элементом Mg-содержащих модификаторов для сфероидизирующей обработки является «тяжёлое» и наиболее стойкое соединение Ni2Mg, из которого при растворении в чугуне на дне ковша, или формы Mg усваивается наиболее равномерно. При этом при правильно подобранном фракционном составе модификатора коэффициент усвоения Mg достигает 95%. Единственным отрицательным фактором таких тяжеловесных модификаторов для получения шаровидного графита в чугунах является их высокая стоимость из-за высокой стоимости «носителя магния» - никеля. Учитывая тот факт, что чугуны для изготовления деталей из АБЧШГ специально легируются никелем, стоимость, вносимая стоимостью никеля в составе модификатора, при производстве просто переходит в стоимость материалов отливки и не несёт дополнительных затрат. Поэтому для сфероидизирующей обработки ЧШГ аустенитно-бейнитного класса перспективно использовать содержащие Ni2Mg модификаторы.
В ООО «НЭК» им. Корниенко Э.Н. (г. Елабуга, Татарстан) разработана серия Fe-Ni-Mg-Ce модификаторов, успешно опробованных при изготовлении экспериментальных отливок из АБЧШГ. Принципиальное отличие этих модификаторов от традиционных тяжеловесных Ni-Mg-Ce модификаторов заключается в наличии «балластного» элемента – железа, который позволил свести пироэффект до минимума, а стабильность усвоения Mg – до максимума (4).
В ООО «НЭК» совместно с НПП «Технология» (г. Челябинск) освоено производство чипсовых Fe-Ni-Mg-Ce модификаторов, которые перспективно использовать при модифицировании малых порций расплава чугуна, в том числе и при inmould-процессе.
В настоящее время в ООО «НЭК» освоена технология изготовления Fe-Ni-Mg-Ce модификаторов, обладающих «положительной» структурной наследственностью для обработки больших объёмов расплавов чугунов, обладающих ещё большей стабильностью свойств (5).
"Перспективы производства отливок ЧШГ аустенитно-бейнитного класса". Корниенко Э.Н., Панов А.Г., Хальфин Д.Ф.
Задавать вопросы о ЧШГ аустенитно-бейнитного класса можно на форуме: Форум о чёрных сплавах>>
www.modificator.ru - Информационный ресурс по металловедению, металлургии, литейному производству.
Перейти на страницу СТАТЬИ, ИНФОРМАЦИЯ