Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна
Эффективность работы прокатного стана и конкурентоспособность металлопродукции зависит от качества валков, рабочий слой которых изготавливают из высоколегированного чугуна. Показано, что дополнительное легирование такого материала ванадием обеспечивает повышение уровня механических свойств и срок эк...
Збережено в:
| Дата: | 2014 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Українське матеріалознавче товариство
2014
|
| Назва видання: | Вісник Українського матеріалознавчого товариства |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125416 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна / Н.А. Жижкина // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2014. — № 1(7). — С. 62-67. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-125416 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1254162025-02-09T21:34:38Z Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна Жижкина, Н.А. Результати наукових досліджень Эффективность работы прокатного стана и конкурентоспособность металлопродукции зависит от качества валков, рабочий слой которых изготавливают из высоколегированного чугуна. Показано, что дополнительное легирование такого материала ванадием обеспечивает повышение уровня механических свойств и срок эксплуатации формующего инструмента. В работе изучена взаимосвязь качества макроструктуры и уровня свойств вновь разработанного чугуна с помощью металлографических методов исследования. Установлено, что отливки из такого чугуна склонны к образованию центральной пористости и подкоркового пузыря и в меньшей степени к формированию трещин и структурных неоднородностей, что обеспечило повышение эксплуатационных характеристик формующего инструмента. Ефективність роботи прокатного стану та конкурентоспроможність металопродукції залежить від якості валків, робочий шар яких виготовляють з високолегованого чавуну. Показано, що додаткове легування такого матеріалу ванадієм забезпечує підвищення рівня механічних властивостей та строк експлуатації формуючого інструменту. В роботі вивчено взаємозв’язок якості макроструктури та рівня властивостей знов розробленого чавуну за допомогою металографічних методів дослідження. Встановлено, що виливки з такого чавуну схильні до утворення центральної поруватості та підкоркового пузиря та в меншому ступені до формування тріщин та структурних неоднорідностей, що забезпечило підвищення експлуатаційних характеристик формуючого інструменту. The quality of rolls affects effectiveness of rolling shifts functioning and competition of metal ingot. Its working layer makes from high alloyed cast iron. It has been showed that additional alloying of such material by vanadium ensures rise of mechanical properties’ level and time of forming instruments exploitation. The intercommunication of macrostructures quality and properties’ level of first developing cast iron has been studied with metallography methods of researches in this paper. It have been determined that castings of such cast iron are inclined to formation of central porosity and under-crust bubble and less to formation of cracks and structural heterogeneities. It ensured rise of exploitations characteristics of forming instrument. 2014 Article Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна / Н.А. Жижкина // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2014. — № 1(7). — С. 62-67. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 2310-9688 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125416 620.22:621.74.042 ru Вісник Українського матеріалознавчого товариства application/pdf Українське матеріалознавче товариство |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Результати наукових досліджень Результати наукових досліджень |
| spellingShingle |
Результати наукових досліджень Результати наукових досліджень Жижкина, Н.А. Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна Вісник Українського матеріалознавчого товариства |
| description |
Эффективность работы прокатного стана и конкурентоспособность металлопродукции зависит от качества валков, рабочий слой которых изготавливают из высоколегированного чугуна. Показано, что дополнительное легирование такого материала ванадием обеспечивает повышение уровня механических свойств и срок эксплуатации формующего инструмента. В работе изучена взаимосвязь качества макроструктуры и уровня свойств вновь разработанного чугуна с помощью металлографических методов исследования. Установлено, что отливки из такого чугуна склонны к образованию центральной пористости и подкоркового пузыря и в меньшей степени к формированию трещин и структурных неоднородностей, что обеспечило повышение эксплуатационных характеристик формующего инструмента. |
| format |
Article |
| author |
Жижкина, Н.А. |
| author_facet |
Жижкина, Н.А. |
| author_sort |
Жижкина, Н.А. |
| title |
Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна |
| title_short |
Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна |
| title_full |
Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна |
| title_fullStr |
Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна |
| title_full_unstemmed |
Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна |
| title_sort |
исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна |
| publisher |
Українське матеріалознавче товариство |
| publishDate |
2014 |
| topic_facet |
Результати наукових досліджень |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/125416 |
| citation_txt |
Исследование влияния макроструктуры на уровень свойств высоколегированного чугуна / Н.А. Жижкина // Вісник Українського матеріалознавчого товариства. — 2014. — № 1(7). — С. 62-67. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| series |
Вісник Українського матеріалознавчого товариства |
| work_keys_str_mv |
AT žižkinana issledovanievliâniâmakrostrukturynaurovenʹsvoistvvysokolegirovannogočuguna |
| first_indexed |
2025-12-01T01:12:47Z |
| last_indexed |
2025-12-01T01:12:47Z |
| _version_ |
1850266425147523072 |
| fulltext |
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
62
УДК 620.22:621.74.042
Н. А. Жижкина1
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МАКРОСТРУКТУРЫ НА УРОВЕНЬ
СВОЙСТВ ВЫСОКОЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА
Ефективність роботи прокатного стану та конкурентоспроможність металопро-
дукції залежить від якості валків, робочий шар яких виготовляють з високолегованого ча-
вуну. Показано, що додаткове легування такого матеріалу ванадієм забезпечує підвищення
рівня механічних властивостей та строк експлуатації формуючого інструменту. В роботі
вивчено взаємозв’язок якості макроструктури та рівня властивостей знов розробленого
чавуну за допомогою металографічних методів дослідження. Встановлено, що виливки з
такого чавуну схильні до утворення центральної поруватості та підкоркового пузиря та в
меншому ступені до формування тріщин та структурних неоднорідностей, що забезпечи-
ло підвищення експлуатаційних характеристик формуючого інструменту.
Ключові слова: валок, високолегований чавун, дефект, макроструктура, робочий шар,
рівень властивостей.
Программа повышения конкурентоспособности металлопродукции
предусматривает совершенствование используемого прокатного оснаще-
ния. Это связано с тем, что его состояние определяет не только эффектив-
ность работы стана, но и качество, сортамент выпускаемой продукции, вы-
ход годного и расход материалов. К такому оснащению следует отнести
валки, предназначенные для придания заготовке необходимых размеров и
форм, качества поверхности путем пластической деформации.
В связи с этим основными требованиями к формующему инструменту
являются высокая твердость и термостойкость рабочего слоя при повы-
шенной прочности сердцевины, шеек и трефов валка. Таким требованиям
отвечают двухслойные изделия, рабочая поверхность которых изготавлива-
ется из высоколегированного материала, а сердцевина из специального
серого чугуна. При этом установлено, что эффективность эксплуатации
прокатного инструмента зависит от стабильности химического состава ма-
териала рабочего слоя внутри одной группы валков. Поэтому важной науч-
но-практической задачей является совершенствование валковых материа-
лов путем разработки химических составов расплавов для образования
рабочего слоя изделия, обеспечивающей одновременно получение годной
отливки и необходимых эксплуатационных характеристик формующего
инструмента.
Известно [1], что введение различных легирующих добавок в жидкий
чугун способствует изменению дисперсности структуры, состава металли-
ческой матрицы и соотношения ее составляющих, характера графитовых
включений, а, следовательно, уровня свойств и напряженного состояния
отливки в целом.
Жижкіна Наталія Олександрівна, кандидат технічних наук, доцент Східноукраїнського
національного університету ім. В. Даля.
II. Результати наукових досліджень
63
В результате проведения специальных исследований, касающихся вли-
яния легирующих компонентов на структуру валкового чугуна, и разработ-
ки на их основе новой химической композиции, обеспечивающей необхо-
димый уровень свойств металла рабочего слоя [2–5], получено, что высокими
показателями твердости и стойкости к износу характеризуются валки с рабо-
чим слоем из чугуна типа “нихард”. Установлено, что дополнительное введе-
ние в состав такого чугуна марганца, меди, молибдена способствует повыше-
нию прочности, износо- и термостойкости рабочего слоя прокатных валков.
Введение в хромоникелевый чугун присадок ниобия оказало измельчаю-
щее действие на структуру и способствовало увеличению уровня твердости.
Вместе с тем такие отливки характеризовались более высоким уровнем напря-
жений (оценено согласно методике [6]) по сравнению с изделиями, для изго-
товления которых использован хром-никель-молибденовый чугун.
Экспериментальные исследования по введению в чугун “нихард” воль-
фрама [3–4] показали, что такой компонент способствует измельчению и по-
вышению однородности структуры рабочего слоя, а, следовательно, и равно-
мерному уровню напряжений вдоль рабочей поверхности. Получен более
высокий (по сравнению с валками, легированными ниобием) уровень твердо-
сти, а, следовательно, и стойкости к износу за счет увеличения количества
карбидной составляющей в исследуемом чугуне. Однако, получение каче-
ственного рабочего слоя (для растворимости такого тугоплавкого компонента)
потребовало разработки специальной технологии введения вольфрама в валко-
вый расплав.
Более действенным методом в сохранении структуры и уровня свойств
рабочего слоя валков в процессе их эксплуатации при повышенных темпера-
турах явилось легирование чугуна ванадием [5]. Исследованиями определено,
что при легировании исследуемого чугуна ванадием повышается стабильность
свойств от одного изделия к другому, что обеспечено равномерностью их
структуры. Все опытные образцы характеризовались незначительным количе-
ством измельченного графита и одинаковой долей карбидной фазы. Получено,
что одновременное повышение уровня свойств рабочего слоя формующего
инструмента (твердости и временного сопротивления при изгибе) при незна-
чительном снижении напряжений обеспечивается путем уменьшения в валко-
вом чугуне никеля до 1% и увеличения хрома и ванадия (до 12% и 5% соответ-
ственно). При этом доля молибдена не превышает 0,5–1,5% [5].
Вместе с тем, уровень измеряемых свойств в значительной степени зави-
сит от размера зерна структуры опытных образцов, наличия в них пористости,
сегрегации, отбеливания и других дефектов.
В связи с этим целью настоящей работы явилось изучение взаимосвязи
качества макроструктуры и уровня свойств хром-никель-молибден-
ванадиевого чугуна. Для достижения поставленной цели были решены следу-
ющие задачи:
оценено влияние макроструктуры исследуемого чугуна на уровень его
свойств (твердости и прочности при изгибе);
исследована зависимость уровня свойств от наличия макродефектов в
теле анализируемых образцов.
Для выявления особенностей строения разрабатываемого материала оце-
нивали поверхность излома опытных образцов. Согласно методике [7] все ис-
следуемые образцы оценивали по форме, строению и способности к отраже-
нию света. Установлено, что более хрупкие образцы (временное
сопротивление при изгибе которых в среднем составило 665,69 МПа) характе-
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
64
ризовались ровными изломами кристаллического или крупнокристаллического
строения (табл. 1).
Таблица 1
Оценка макроструктуры образцов с различным уровнем свойств
№
плавки
Оценка излома средние значения свойств
по форме по строению временного сопро-
тивления при стати-
ческом изгибе, σизг,
МПа
твердости, НВ
1 ровный кристаллический 565,2 –
2 ровный крупнокристаллический 695,2 428
3 ровный кристаллический 656,1 457,1
4 ровный крупнокристаллический 649,5 415
5 ровный кристаллический 762,45 619,3
6 с выступом мелкокристаллический 663,9 648,7
7 с выступом мелкокристаллический 797,7 609,7
8 с выступом мелкокристаллический 828,5 627
Из табл. 1 следует, что на образцах с максимальными значениями прочно-
сти (среднее показание σизг = 763,4 МПа) наблюдались мелкокристаллические
изломы с выступом. При этом показано, что на уровень твердости значитель-
ное влияние оказывает кристаллическое строение образца (рис. 1): чем круп-
нее зерно, тем ниже уровень твердости.
400
450
500
550
600
650
крупнокристаллическое кристаллическое мелкокристаллическое
С
ре
дн
ий
п
о
гр
уп
пе
у
ро
ве
нь
тв
ер
до
ст
и,
Н
В
Рис. 1. Зависи-
мость уровня
прочности от
строения изло-
ма образца
Анализ изломов по способности к отражению света показал, что при про-
чих равных условиях образцы с матовой поверхностью характеризуются
меньшей прочностью, чем со светлой. Вместе с тем во всех исследуемых об-
разцах наблюдались дефекты макроструктуры, которые в значительной степе-
II. Результати наукових досліджень
65
ни определяли уровень свойств. Показано, что на образцах наиболее часто
встречались центральная пористость и подкорковый пузырь (табл. 2). При
этом показано, что такие дефекты имели максимальные размеры среди анали-
зируемых случаев (табл. 3).
Исследования зависимости уровня свойств от наличия макродефектов в
теле образца (табл. 1–3) показали, что минимальное среди сравниваемых тем-
плетов значение временного сопротивления при статическом изгибе наблюда-
ется при центральной пористости, подкорковом пузыре и межкристаллитной
трещине. Они характеризовались максимальным баллом в соответствии со
стандартной шкалой. Снижение балла таких дефектов при прочих равных ха-
рактеристиках излома повысило уровня прочности на 16%, а образование вме-
сто них общей структурной ликвации на 35%. При этом твердость повыси-
лась на 35%.
Таблица 2
Анализ распределения дефектов по видам, наблюдаемым в исследуемых образцах
Вид дефекта Количество случаев
штук %
Центральная пористость 6 43
Общая ликвация 1 7
Подкорковый пузырь 4 29
Межкристаллитные трещины 1 7
Послойная кристаллизация 1 7
Светлая полоса 1 7
Всего 14 100
Таблица 3
Анализ распределения дефектов, наблюдаемых в исследуемых образцах, по баллам
согласно шкалам ГОСТа 10243-75
Вид дефекта Количество случаев
1 балл 2 балл 3 балл 4 балл 5 балл
шт. % шт. % шт. % шт. % шт. %
Центральная пори-
стость
2 14 4 30
Общая ликвация 1 7
Подкорковый пу-
зырь
1 7 2 14 1 7
Межкристаллитные
трещины
1 7
Послойная кристал-
лизация
1 7
Светлая полоса 1 7
Всего 2 14 3 21 1 7 3 21 5 37
“Вісник” УМТ № 1 (7) 2014
66
Одновременное увеличение размера кристаллов и размера дефектов пока-
зало снижение уровня прочности и твердости на 8% и 31%, соответственно.
Наличие последовательной кристаллизации и отбела при крупнокристалличе-
ском строении излома привело к более значительному снижению свойств, чем
при центральной пористости или подкоркового пузыря (даже при максималь-
ном размере).
Таким образом, оценка влияния макроструктуры образцов на уровень
свойств показало, что вновь разработанный валковый чугун, содержащий
хром, ванадий, никель и молибден, характеризовался более равномерной и
плотной по сравнению с хромоникелевым материалом структурой, что оказало
положительное влияние на повышение уровня свойств. Установлено, что от-
ливки из такого чугуна склонны к образованию центральной пористости и
подкоркового пузыря и в меньшей степени к формированию трещин и струк-
турных неоднородностей, что повысило эксплуатационные характеристики
формующего инструмента.
Вместе с тем, формирование качественной отливки обеспечивается путем
сваривания высоколегированного сплава рабочего слоя со специальным серым
чугуном, что неизбежно приводит к их смешиванию и переходу карбидообра-
зующих компонентов в сердцевину, снижающих ее прочностные характери-
стики. Поэтому перспективным направлением исследований является разра-
ботка материала для сердцевины валков с таким рабочим слоем.
Эффективность работы прокатного стана и конкурентоспособность металлопро-
дукции зависит от качества валков, рабочий слой которых изготавливают из высоколеги-
рованного чугуна. Показано, что дополнительное легирование такого материала ванадием
обеспечивает повышение уровня механических свойств и срок эксплуатации формующего
инструмента. В работе изучена взаимосвязь качества макроструктуры и уровня свойств
вновь разработанного чугуна с помощью металлографических методов исследования.
Установлено, что отливки из такого чугуна склонны к образованию центральной пористо-
сти и подкоркового пузыря и в меньшей степени к формированию трещин и структурных
неоднородностей, что обеспечило повышение эксплуатационных характеристик формую-
щего инструмента.
Ключевые слова: валок, высоколегированный чугун, дефект, макроструктура, рабо-
чий слой, уровень свойств.
The quality of rolls affects effectiveness of rolling shifts functioning and competition of metal
ingot. Its working layer makes from high alloyed cast iron. It has been showed that additional
alloying of such material by vanadium ensures rise of mechanical properties’ level and time of
forming instruments exploitation. The intercommunication of macrostructures quality and proper-
ties’ level of first developing cast iron has been studied with metallography methods of researches
in this paper. It have been determined that castings of such cast iron are inclined to formation of
central porosity and under-crust bubble and less to formation of cracks and structural heterogene-
ities. It ensured rise of exploitations characteristics of forming instrument.
Keywords: defect, high alloyed cast iron, level of properties, macrostructure, roll, working
layer.
II. Результати наукових досліджень
67
1. Гиршович Н. Г. Кристаллизация и свойства чугуна в отливках. – М.: Машиностро-
ение, 1966. – 562 с.
2. Будагьянц Н. А. Влияние легирования на качество, структуру и свойства рабочего
слоя прокатных валков / Н. А. Будагьянц, Н. А. Жижкина, В. И. Кондратенко, Ю.
В. Дяченко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Воло-
димира Даля. – Луганськ: СНУ, 2003. – № 11. – С. 170–174.
3. Жижкина Н. А. Оценка влияния химического состава и скорости кристаллизации
на уровень свойств центробежнолитых валков / Н. А. Жижкина, Т. С. Скобло, Н.
А. Будагьянц // Вісник Харківського національного технічного університету сіль-
ского господарства ім. П. Василенка. – Харків: ХНТУСХ ім. П. Василенка, 2007. –
№ 67, Т. 1. – С. 134–138.
4. Пат. 23995 Україна, МПК (2007) С 22 С 38/00. Зносостійкий сплав для прокатних
валків: Пат. 23995 Україна, МПК С 22 С 38/00 / Н. О. Можарова, Т. С. Скобло, О.
І. Сідашенко, В. М. Власовець, О. Д. Мартиненко, М. А. Будаг`янц, Н. О. Жижкіна
(Україна). – № U 200702048; Заявл. 26.02.2007; Опубл. 11.06.2007, Бюл. № 8. – 8 с.
5. Чавун: Заявка u 201401357, МПК (2014) С 22 С38/22, С 22 С 38/24, С 22 С 38/46 /
Н. О. Жижкіна, М. А. Будаг’янц, Ю. І. Гутько, М. М. Ямшинський. – № u
201401357; Заявл. 12.02.2014; Опубл. 12.02.2014.
6. Будагьянц Н. А. Методы исследования качества валков / Н. А. Будагьянц, Н. А.
Жижкина // Тезисы докладов V Международной научно-практической конферен-
ции “ЛИТЬЕ-2009”», г. Запорожье, 24–26 марта 2009. – К.:ФТІМС НАН України,
2009. – С. 142–143.
7. Богомолова Н. А. Практическая металлография. – М.: Высшая школа, 1978. – 272
с.
|