Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время широкое применение в качестве высокоизносостойкого и инструментального материала яаходят твердые сплавы. Недостатками этих сплавов являются очень высокая стоимость (особенно характерно это для сплавов, содержащих кобальт и карбиды вольфрама) и пониженная ударная вязкость. В связи с этим твердые сплавы обычно используют лишь для изготовления отдельных мелких элементов инструмента и деталей, работающих в наиболее тяжелых условиях. Поэтому актуальными являются разработка и использоваїше более экономичных сплавов на железной основе. По свойствам они должны соответствовать известным литым твердым сплавам, но отлігчаться от «их большей технологичностью в получении изделий и меньшей стоимостью. Основой для разработки литых твердых сплавов могут служить комплексно-легированные белые чугуны, обладающие высокой твердостью, износостойкостью и повышенными прочностными свойствами. В этих чугунах за счет повышенного содержания углерода и достаточно высокого легирования карбидообразующими элементами количество структурно свободных специальных карбидов может быть доведено до 30...40 %, что соответствует структуре эвтектических и заэвтектических чугунов. Однако в большинстве случаев такие чугуны требуют проведения упрочняющей термической обработки, усложняющей технологический процесс получения деталей. В связи с этим перспективной является разработка самозака-лігвающихся чугунов, не требующих проведения упрочняющей термической обработки. Особенности структурообразования и свойств таких сплавов исследованы в настоящее время недостаточно.
Цель работы. Установление возможности использования композиционного упрочнения в высокоуглеродистых легированных белых чугунах и разработка на этой основе литых твердых сплавов.
Автор защищает;
методику теоретической оценки влияния хрома, ванадия и титана на структурообразование в высокоуглеродистых сплавах.
построенные разрезы диаграммы состояния системы Fe-C-Ti и результаты их анализа;
расчетную методику определения фазового состава высокоуглеродистых комплексно-легированных Fe-C-сплавов;
оценку условий, обеспечивающих самозакаливаемость литых твердых сплавов на основе железа;
оценку возможностей получения сплавов с Ті с использованием СВС-процессов;
установленные корреляционные соотношения между характеристиками химического состава, структуры и свойств сплавов;
разработанные составы сплавов и технологические процессы их выплавки и получения из них отливок и изделий.
Общая методика исследований. Плавку чугуна в лабораторных условиях проводили в индукционной печи ИСТ-0.06 с основной хромо-магнезитовой футеровкой. В качестве шихтовых материалов использовали передельный чугун, стальной и чугунный лом, электродный бой и ферросплавы (феррохром, ферромарганец, ферротитан, феррованадий, ферросилиций, ферромолибден). Науглероживание проводили электродным боем. Температуру жидкого металла контролировали с помощью платино-платинородиевой термопары погружения. Температура перегрева жидкого металла в печи составляла 1450-1500 С (в зависимости от состава). В сухих песчано-глинистых формах отливали образцы для испытаний на изнашивание, ударный изгиб и твердость. Образцы для фазового и металлографического анализов изготавливали из литых заготовок и непосредственно из отливок деталей. До нужных размеров и формы образцы доводили с помощью механической обработки шлифованием.
Карбидный анализ проводился путем электрохимического растворения матричных фаз чугуна (мартенсита, аустенита) с последующим химическим и рентгеносруктурньш анализом выделенного карбидного порошка. Химический состав матрицы определяли двумя методами: химическим анализом электролита и расчетным путем. Рентгенострукгурный анализ карбидного порошка проводили на дифрактометре УРС-50ИМ. Для определения химического состава карбидов и матрицы использовали количественный рентгеноспектральный анализ на установке «Камека».
Изучение общей микроструктуры проводили на микроскопах МИМ-8М и «Неофот-2».
Механические испытания проводили на стандартных разрывных и ударных образцах. Определяли следующие показатели: предел прочности при растяжении ств, твердость HRC, ударную вязкость КС.
Абразивный износ чугунов и сопоставляемого материала (сталь 45 с твердостью НВ 200) определяли трением образцов в литом состоянии по закрепленному абразиву (корундовая шкурка зернистостью №40...80) на установке, разработанной в Брянской инженерно-технологической академии.
В работе использована статистическая обработка экспериментальных данных с применением регрессионного анализа.
Научная новизна работы состоит в получении ряда новых теоретических, экспериментальных и практических результатов в области создания и использования сплавов с заранее заданными свойствами:
установлена возможность обеспечения в литых высокоуглеродистых легированных Fc-C-сплавах сочетания достаточно высоких значений прочности, ударной вязкости, твердости и износостойкости за счет формирования композиционной структуры с регулируемым количеством специальных карбидов и самозакаливаемости сплавов в отливках;
построены и откорректированы отдельные разрезы и фрагменты диаграммы состояния системы Fe-C-Ti;
