Статьи/ Перспективы производства отливок из ЧШГ аустенитно-бейнитного класса
Перспективы производства отливок из ЧШГ аустенитно-бейнитного класса.
Корниенко Э.Н., Панов А.Г., Хальфин Д.Ф.
Страницы: 1 |
2 |
3 |
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).
Аустенитно-бейнитные чугуны с шаровидным графитом – это конструкционный материал, обладающий высокой прочностью, вязкостью и износостойкостью. Он
получается в результате специальной термической обработки (изотермической закалки) экономно легированных, модифицированных чугунов. Выбор
легирующих компонентов для увеличения прокаливаемости и стабилизации аустенита ограничивается элементами, не образующими, карбиды, такими, как
никель, медь, а также (в небольших количествах) – марганец и молибден. Диапазоны содержания легирующих элементов в наиболее используемых АБЧШГ
представлены в таблице 1.
Литейным предприятиям, которые намерены искать пути выхода на рынки сбыта отливок из аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом
необходимо, кроме хороших знаний особенностей технологий их изготовления, постараться найти «общий язык» с термистами и механообработчиками
(партнёрами), а также конструкторами (заказчиками), от грамотности и квалификации 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 аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом.
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 удлинении, а детали со структурой матрицы верхнего бейнита – высокой
прочностью наряду с высокой ударной вязкостью и высоким относительным удлинением. Диапазон механических свойств аустенитно-бейнитных чугунов с
шаровидным графитом с нижним и верхним бейнитом приведён в таблице 2.
Наряду с механическими и эксплуатационными свойствами, успешно конкурирующими с аналогичными
свойствами сталей, аустенитно-бейнитные чугуны с шаровидным графитом обладают традиционными для чугунов отличными литейными свойствами,
большей лёгкостью, отличными демпфирующими свойствами, хорошей прирабатываемостью, отличными антифрикционными свойствами.
Вышеперечисленное позволяет сделать вывод, что потенциал аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом 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 замены которых отливками из других конкурентноспособных или новых материалов постоянно существует.
В настоящее время в мире наиболее массовыми изделиями из аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом являются зубчатые
шестерни и коленчатые валы в автомобилестроении, рабочие детали землеройной техники, конструкционные детали в вагоностроении.
Особенности технологий изготовления отливок из АБЧШГ.
Возможны два принципиально отличающихся метода получения аустенитно-бейнитной структуры матрицы в чугунах:
- в литом состоянии за счёт индивидуально подобранных легирующего комплекса, конструкции отливки, технологии и параметров литья,
- в результате относительно универсальной термической обработки (с возможностью одновременной обработки различных отливок) литых (с
возможной предварительной механической обработкой) чугунных заготовок.
Применяя первый способ, целесообразно изготовлять детали массового производства, не
требующих механической обработки. При этом дополнительные затраты на индивидуальный расчёт конструкции и технологии изготовления отливки, а
также на более дорогой легирующий комплекс, как правило включающий повышенные содержания Ni и Mo, компенсируются исключением затрат на
энергоёмкую и технически достаточно сложную термическую обработку. Однако, номенклатура таких отливок весьма ограничена.
Наиболее часто в производстве применяется второй метод изготовления деталей из аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом. 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 аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом является повышенное требование к стабильности литой
структуры (наследство литой структуры) заготовки, которая будет впоследствии термически обрабатываться. Так, в литой структуре необходимо
иметь минимальное количество феррита для оптимального выравнивания исходной для закалки структуры. Кроме того, требуются определённое
количество и размеры графитных включений, которые тоже влияют на диффузию углерода в аустените. Также необходимо иметь стабильную форму, размер и
равномерное распределение графита по объёму отливки для получения высоких механических свойств, характерных для аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным
графитом. Поэтому более высокие требования
предъявляются к стабильности всех элементов технологии изготовления отливок – шихтовым материалам, режимам приготовления расплава,
модифицированию и режимам кристаллизации расплава.
При этом особые требования предъявляют к стабильности шихтовых материалов и лигатур, так как иногда смена поставщика материалов, или даже
партии материалов, приводит к необъяснимым для производственных технологов значительным разбросам по
литой структуре даже при получении 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 дороговизны «носителя магния» - никеля.
Учитывая, что при изготовлении отливок из аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом легирование никелем осуществляется специально,
стоимость, вносимая стоимостью никеля в составе модификатора просто переходит в стоимость материалов отливки и производство не несёт
дополнительных затрат. Поэтому для сфероидизирующей обработки ЧШГ аустенитно-бейнитного класса перспективно использовать модификаторы, содержащие Ni2Mg.
В ООО «НЭК» (г. Елабуга, Татарстан) разработана серия Fe-Ni-Mg-Ce модификаторов, успешно опробованных при изготовлении экспериментальных
отливок из аустенитно-бейнитных чугунов с шаровидным графитом. 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.
... Продолжение статьи>>
Корниенко Э.Н., Панов А.Г., Хальфин Д.Ф. Перспективы производства отливок из ЧШГ аустенитно-бейнитного класса // М: Литейщик России, 2004, № 6. – с. 11-16.
Страницы: 1 |
2 |
3 |
Перейти к разделу "Статьи"
|
