Износостойкие белые чугуны

Основной структурной особенностью износостойких белых чу­гунов (ИБЧ) является наличие достаточно большого количества высокотвёрдых карбидов (легированного цементита и специаль­ных карбидов), обеспечивающих высокую стойкость чугуна в ус­ловиях абразивного изнашивания. На свойства ИБЧ оказывает так­же влияние и металлическая основа, которая должна быть доста­точно твёрдой, прочной и обеспечивать хорошее закрепление кар­бидных частиц.

По степени легирования и типу карбидов ИБЧ подразделяют на несколько структурных классов:

· низколегированные или ледебуритные (с эвтектикой на ос­нове легированного цементита М₃С, где М – металл);

· хромистые с карбидами М₇С₃ типа Сг₇С₃, представляющие собой основную группу чугунов, легированных хромом;

· высокохромистые с карбидами М₂₃С₆ или с карбидами двух типов (М₂₃С₆ и М₇С₃);

· ванадиевые, ниобиевые и титановые с карбидами МС;

· хромомолибденовые с карбидами М₇С₃ и М₂С;

· комплексно-легированные с несколькими видами специаль­ных карбидов, например М₇С₃ и МС, М₇С₃ и М₆С, МС и М₆С.

Количество карбидов определяется содержанием углерода, ха­рактером и степенью легирования и может регулироваться в пре­делах от 4¸12 % (в чугунах с карбидами МС) до 50 % (в низколе­гированных эвтектических чугунах). Наиболее распространённые марки ИБЧ имеют в структуре 20¸30 % карбидов (хромистые, хромомолибденовые, комплексно-легированные чугуны).

Металлическую основу (матрицу) ИБЧ составляют аустенит и продукты его превращения. В наибольшей степени требованиям, предъявляемым к ИБЧ, отвечают мартенсит и метастабильный ос­таточный аустенит.

ГОСТ 7769-82 предусматривает девять марок износостойких белых чугунов (ЧХ3Т, ЧХ9Н5, ЧХ16, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ28Д2, ЧХ32, ЧГ7Х4, ЧН4Х2), которые классифицированы по химичес­кому составу. Однако более целесообразно использовать приве­дённую ранее классификацию по структуре.

Чугуны ледебуритного класса. Наиболее известными представителями чугунов этого класса являются чугуны, легированные ни­келем и хромом (в отношении 2,0¸2,5 к 1), получившие назва­ние «нихард». Их обычно подразделяют на три вида: высокоугле­родистый (стандартный), низкоуглеродистый и высокопрочный. Стандартный (3,0¸3,6 % С, 0,4¸0,7 % Si, 0,4¸0,7 % Мn; 1,4¸2,5 % Сг, 3,4¸4,75 % Ni) и высокопрочный (около 2,9 % С) чугуны отличаются только содержанием углерода и имеют твёр­дость примерно 550 НВ. Твёрдость низкоуглеродистого чугуна (око­ло 1,3 % С; 0,6 % Si; 0,5 % Мn; 1,6 % Сг; 4,5 % Ni) составляет 380¸430 НВ. Низкоуглеродистый нихард по механическим свой­ствам занимает промежуточное положение между чугуном и ста­лью (σ_в = 600¸700 МПа, КС = 6¸8 Дж/см²), но он менее износо­стоек по сравнению со стандартным нихардом. Недостатком стан­дартного нихарда является низкая удароустойчивость.

Чугуны нихард применяют для деталей, работающих в услови­ях интенсивного изнашивания при умеренных ударных нагрузках и при рабочих температурах до 400 °С: шары и футеровки шаровых мельниц, валковые головки мельниц для тонкого помола угля, колена трубопроводов в пневмотранспорте песка, детали бегунов и пескомётов. Нихард можно использовать и для условий гидроабразивного изнашивания.

Чугуны структурных классов с карбидами М₇С₃ и М₂₃С₆. Их струк­тура обеспечивается необходимым содержанием хрома. Содержа­ние углерода обычно составляет до 3,8 % при содержании хрома до 18 %. Замена ледебурита структурой с карбидами М₇С₃ приво­дит к значительному повышению прочности, твёрдости и изно­состойкости чугуна. Максимальной износостойкостью обладают чугуны, содержащие 12¸18 % Сг, структура которых приведена на рис. 3.4, а. Углерод повышает твёрдость чугуна, но снижает его прочность.

В условиях абразивно-коррозионного изнашивания использу­ют чугуны с повышенным содержанием хрома (около 30 %). Для повышения прокаливаемости чугуны дополнительно легируют молибденом (до 3 %) или марганцем
(3¸5 % в зависимости от содержания углерода). Хромомарганцевые чугуны с мартенситно-аустенитной матрицей обладают повышенной ударно-абразивной износостойкостью. Чугуны с высоким содержанием марганца (6 % и более) имеют в структуре большое количество аустенита и от­личаются повышенной ударной вязкостью. Аустенитные чугуны имеют невысокую твёрдость (25¸30 НRС), но поверхность дета­лей из этих чугунов может наклёпываться до 42 НRС.

Чугуны структурного класса с карбидами МС. Из чугунов этого класса наиболее полно изучены ванадиевые чугуны. Структура ванадиевых белых чугунов имеет композиционный характер (рис. 5.5, б). Эти чугуны обладают редким сочетанием высоких механических и эксплуатационных свойств, что позволяет использо­вать их для изготовления деталей, работающих при высоких нагрузках (в том числе и динамических) и в условиях интенсивного изнашивания. По прочностным свойствам эти чугуны не уступают многим конструкционным легированным сталям, обладают по­вышенной пластичностью, обычно не свойственной белым чугунам, но при этом сохраняют основные их преимущества.

 

а                               б                              в

 г                               д

Рис. 5.5. Микроструктуры износостойких белых (а – в) и половинчатых (г, д) чугунов, х 150:
а – с карбидами М₇С₃, б – с карбидами VС; в – с карбидами М₇С₃ и VС; г – хромокремниевого с пластинчатым графитом и карбидами М₇С₃, д – ванадиево-кремниевого с шаровидным графитом и карбидами МС (тепловое травление)

 

Чугуны структурного класса с карбидами МС и М₇С₃. К этому классу относят чугуны, легированные комплексом элементов, прежде всего ванадием и хромом (рис. 5.5, в). Чугуны этого клас­са могут обладать преимуществами и хромистых, и ванадиевых чугунов. У них сочетаются повышенные механические свойства и очень высокая износостойкость, особенно ударно-абразивная. Типичными примерами таких чугунов являются ИЧ320Ф8Х9Г3 и ИЧ250Ф6Х9Г4.

Комплексно-легированные белые чугуны с мартенситно-аустенитной матрицей целесообразно использовать для деталей, работающих в условиях ударно-абразивного изнашивания (коронки зубьев ковшей экскаваторов, дробемётные лопатки, детали дро­билок и др.), а также для деталей, интенсивно изнашиваемых грун­том (ножи шнеков и другие детали землеройных машин).

Половинчатые чугуны

В структуре половинчатых чугунов (ПЧ) содержатся одновре­менно и графит, и включения карбидов. Большое многообразие половинчатых чугунов обусловлено тем, что в их структуре мо­гут сочетаться графитные включения разной формы (от плас­тинчатой до шаровидной) с карбидами различных видов (М₃С, М₇С₃, М₂₃С₆, МС, М₆С и др.) и разной термодина­мической стабильности (от неустойчивого цементита до высоко­устойчивых карбидов легирующих элементов). Наиболее перспек­тивны для практического использования половинчатые чугуны с карбидами М₃С (стабилизированными хромом), М₇С₃ (при по­вышенном содержании хрома) и МС (при легировании ванади­ем). Наличие необходимого количества графита в структуре по­ловинчатых чугунов обычно обеспечивается достаточным содер­жанием в них углерода и кремния. В связи с этим наибольшее применение могут найти хромокремниевые и ванадиево-кремниевые чугуны.

Хромокремниевые ПЧ содержат в структуре карбиды в виде ле­гированного цементита или карбида М₇С₃ (рис. 5.5, г). Образова­нию карбида М₇С₃ способствует легирование чугуна кремнием и небольшими добавками ванадия. При необходимости сфероидизация включений графита может быть осуществлена с использо­ванием тех же модификаторов, что и при получении высокопроч­ного чугуна.

По износостойкости половинчатые чугуны уступают белым чугунам, но значительно превосходят графитизированные (се­рые, высокопрочные и ковкие). Коэффициент трения половинча­тых чугунов зависит от удельной нагрузки р: он снижается от уров­ня серых чугунов при р ~ 1 МПа до уровня бронзы
БрОЦС5-5-5 при р ~ 4,5¸5,0 МПа. Хромокремниевые половинчатые чугуны отличаются также повышенной жаропрочностью (до 600 °С), окалиностойкостью (в 1,5¸2 раза выше, чем у жаропрочного хроми­стого чугуна ЖЧХ-2,5), ростоустойчивостью (в2¸4 раза выше, чем у СЧ20), термостойкостью (в 1,5¸2 раза выше, чем у СЧ20).

Хромокремниевые половинчатые чугуны рекомендуют исполь­зовать как износостойкий, антифрикционный, жаропрочный и термостойкий материал. Из них можно изготавливать детали пресс-форм стекловырабатывающих машин, плунжерных пар машин литья под давлением, штампов горячего деформирования и др.

Ванадиево-кремниевые половинчатые чугуны (рис. 5.5, д) обла­дают высокой износостойкостью, зависящей от содержания вана­дия. Минимальный износ имеют чугуны, содержащие 3,5¸4,5 % V. Повышение износостойкости этих чугунов может быть обеспече­но термической обработкой на высокую твердость (50 НRС и бо­лее).

Применение ванадиево-кремниевых половинчатых чугунов оп­ределяется их высокими механическими свойствами и износо­стойкостью, а также достаточно высокой технологичностью, в частности удовлетворительной обрабатываемостью резанием, осо­бенно в отожжённом состоянии (при 20¸25 НRС). Ванадиево-кремниевые половинчатые чугуны могут быть использованы для изготовления деталей штампов, матриц, волок, бронеплит, тор­мозных колодок, прокатных валков и других деталей.

⇐ Предыдущая29303132333435363738Следующая ⇒

Поделиться: