РАЗДЕЛ 2
МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. Материал исследования
В соответствии с поставленными задачами, необходимо было разработать новые
износостойкие чугуны с метастабильным аустенитом, претерпевающим под
воздействием изнашивающей среды фазовые превращения в процессе эксплуатации, и
cпособы управления их кинетикой за счет легирования и термической обработки для
повышения износостойкости деталей.
В настоящей работе материалом для иcследования служили чугуны на
Fe - Cr - Mn - С, Fe - Mn - С основах и на Fe - Mn - С основе с небольшими
добавками карбидообразующих легирующих элементов (Cr, V, Nb). На первой группе
сплавов исследовалось влияние хрома в пределах от 5,36 до 19,48 % [135 – 138],
на второй - влияние марганца в пределах от 2,11 до 7,72 % [139], на третьей –
раздельное влияние ванадия в пределах от 0 до 5,42 %, ниобия 4,27 % [140] и
хрома 0,79 % на структуру, фазовый состав и свойства чугунов (табл. 2.1).
Получение в чугунах I группы аустенита обеспечивалось легированием 2,3 – 5,58 %
Mn и 1 - 2 % Cu, также медь вводилась с целью повышения ударной вязкости и
теплопроводности [19, 95]. Для измельчения структуры в чугунах II группы
вводились 0,45 - 1,54 % Al и 0,45 - 0,81 % V [82, 83]. Для изучения влияния
различных режимов термической обработки на структуру и свойства были выплавлены
хромомарганцовистые чугуны дополнительно легированные ванадием и медью (табл.
2.1, группа IV) [141].
Такой подбор легирующих элементов различных концентраций обеспечивал получение
в литом состоянии мартенситно – аустенитно - карбидной структуры с различным
содержанием мартенсита, аустенита и карбидов различного состава и твердости.
Таблица 2.1
Химический состав исследованных чугунов
Груп-
па чугу-
нов
Марка
чугуна
Содержание легирующих элементов, вес, %
Патенты
Украины и РФ
Si
Cr
Mn
Al
Cu
Nb
ЧХ5Г4Д2
3,61
0,77
5,36
3,87
1,97
ЧХ6Г4Д2
3,48
0,88
6,48
3,75
1,92
2055930
ЧХ6Г6Д2
3,69
1,01
6,20
5,58
1,82
ЧХ8Г5Д2
3,94
1,04
8,08
5,38
1,83
2030478
ЧХ9Г4Д2
3,29
0,8
8,82
3,87
1,78
ЧХ11Г4Д2
3,22
0,83
11,27
3,34
1,55
2040576
ЧХ15Г3Д2
3,06
0,81
14,52
2,86
1,39
ЧХ16Г3Д2
3,10
1,04
15,61
2,83
1,33
ЧХ20Г3Д
2,86
0,70
19,48
2,38
0,91
210517
II
ЧГ2ЮФ
4,15
1,13
2,11
1,5
0,45
ЧГ3ЮФ
4,05
1,16
3,00
1,54
0,45
ЧГ4ЮФ
4,14
1,16
4,13
1,52
0,81
ЧГ8ЮФ
4,44
0,83
7,72
0,45
0,56
2039840
III
ЧГ5Д2
3,97
1,36
5,30
1,78
ЧГ5Д2Ф
3,58
1,44
5,64
0,37
1,84
ЧГ5Д2Ф2
3,72
0,53
5,51
1,89
1,92
ЧГ5Д2Ф6
3,84
1,52
5,23
5,42
1,68
ЧГ5Д2Б4
3,74
0,65
5,79
1,59
4,27
2039841
ЧГ6Д2Х
3,92
0,58
0,79
6,32
1,82
IV
ЧХ14Г4Ф
2,69
1,55
13,89
3,87
0,64
39803А
ЧХ14Г4ФД2
3,47
1,69
13,82
3,52
0,72
1,50
ЧХ16Г4Ф
2,32
1,46
15,60
4,02
0,88
ЧХ21Г7Д2
2,33
0,60
21,21
6,93
1,55
Примечание: содержание серы Ј 0,016 %, фосфора Ј 0,08%.
Выплавку чугунов производили в лабораторных условиях в индукционной печи
средней частоты ДСП-006 с кислой кварцитовой футеровкой.
Разливка расплава производилась при температурах 1400 – 1450 оС ручным ковшом,
прогретым до 700 – 800 оС, в песчано-глиноземистые формы, просушенные и
подогретые до 150 - 200 оС.
Были выплавлены опытные составы чугунов в виде образцов для определения
химического состава, металлографических исследований, испытаний на динамический
изгиб, износ, подготовлены пробы стружки для химического анализа.
Для изучения возможности регулирования термической обработкой фазового состава,
количества и степени развития фазовых превращений в процессе изнашивания с
целью получения высокой износостойкости в чугунах, образцы подвергали
нормализации (в интервале температур от 850 до 1150 оС) с различным временем
выдержек при аустенитизации (от 10 до 120 мин); ступенчатой закалке;
многократному отпуску при температурах 500 - 600 оС после нормализации.
2.2. Методика исследований
2. 2. 1. М е т о д ы и з у ч е н и я м и к р о с т р у к т у р ы и ф а з о –
в о г о с о с т а в а ч у г у н о в. Металлографические исследования проводили
на микрошлифах, приготовленных по общепринятой методике последовательным
шлифованием и полированием поверхности.
Травление хромомарганцовистых чугунов осуществляли "царской водкой", а
марганцовистых - 4-процентным раствором HNO3 в спирте. Изучение и
фотографирование микроструктуры чугунов осуществляли на микроскопах
"Neophot-21", ММР-2Р при увеличениях 200 - 600 крат, на электронном сканирующем
микроскопе РЭМ - 200 при увеличениях 400 - 1000 крат.
Микротвердость структурных составляющих измеряли на приборе ПМТ-3 вдавливанием
четырехгранной алмазной пирамиды под нагрузкой 0,98 H.
Количественный фазовый анализ чугунов изучали рентгеноструктурным методом на
дифрактометре УРС - 50 ИМ и "МАР 2" в железном Кб - излучении. Для удаления
наклепанного слоя образцы подвергали электролитической полировке.
С целью изучения развития мартенситного превращения, непосредственно в процессе
ударно-абразивного изнашивания, производили измерения количества фаз в
поверхностном слое чугунов рентгеновским методом до испытаний, через равные
промежутки времени изнашивания (20 мин) и после испытаний на ударно-абразивное
изнашивание на рабочей фронтальной поверхности образцов, подверженной
наибольшему износу.
Магнитометрические измерения количества магнитной фазы в поверхностном слое
образцов через равные промежутки времени изнашивания
- Київ+380960830922