Розвиток основ структуроутворення і керування властивостями фосфористих чавунів

На підставі попередньо отриманих результатів досліджень було рекомендовано межі легування базових чавунів фосфором: 0,1...0,4 % - для ЧПГ і 0,1...0,23 % для ЧКГ. Подальші дослідження і оптимізацію хімічного складу і мікроструктури чавунів виконували із застосуваням технологічних методів [2-4, 6-9, 13, 21, 33, 35, 36], до яких входили і методики та обладнання для експресаналізу хімічного складу чавунів [10] та система автоматизованого регулювання технологічного процесу і структури чавуну [11, 12].

Дослідження впливу мікроструктури і режимів оплавлення ЧПГ і ЧКГ на структуру і властивості зміцненого поверхневого шару кулачків розподільних валів і носиків коромисел клапанів показали, що зміцнення чавунів фосфідною евтектикою в межах 1,5...4,0% сприяє утворенню оплавленого шару, структура якого складається з конгломерату ледебуриту, пластин цементиту та дисперсних вкраплень фосфідної евтектики [1, 6, 13, 21, 33, 36, 41]. Така структура поверхневого шару забезпечила високу твердість (53...58 HRC) та зносостійкість поверхонь тертя кулачків розподільних валів та носиків коромисел у двигунах [26, 42].

Результати промислового випробування деталей циліндро-поршневої групи, газорозподільного механізму та компресора турбонадуву на двигунах дали можливість визначити оптимальні характеристики чавунів. Виходячи з аналізу впливу хімічного складу, структурних та технологічних чинників на надійність та довговічність дослідних деталей двигунів внутрішнього згоряння в режимах стендових і шляхових випробувань, визначено оптимальні характеристки чавунів, рекомендованих для впровадження у виробництво. Вони відрізняються від тих, що застосовувались раніше, насамперед, зниженою кількістю або відсутністю Cr, Mo, Ti, Ni та підвищеним вмістом фосфору, кількість якого коливалась в межах 0,2...0,75% (табл. 1).

Таблиця 1 Порівняльна характеристика чавунів за хімічним складом для деталей газорозподільного механізму двигунів МеМЗ-245

Чавуни для розподільного валу характеризуються відсутністю Mo, Ti та значним зниженням кількості Cr i Ni. З хімічного складу чавуну для напрямної втулки виключено Cr. У високоміцних чавунах для коромисел знижено кількість Mn, Ni, Cu та виключено вміст хрому. Вміст вуглецю і кремнію в рекомендованих чавунах і в тих, що застосовувались раніше майже не відрізняється.

Легування чавунів фосфором та впровадження у виробництво новітних технологій виготовлення з них деталей двигунобудування дало змогу покращити їх мікроструктуру та підвищити механічні і експлуатаційні властивості деталей газорозподільного механізму двигунів МеМЗ-245, а також інших деталей двигунів внутрішнього згоряння.

В результаті впровадження матеріалів дисертації у виробництво досягнені такі технічно-економічні показники:

- підвищена зносостійкість кулачків розподільних валів в 1,5…1,6 раза; носиків коромисел - в 1,7…1,8 раза; втулок напрямних клапанів - в 1,2…1,3 раза; поршневих кілець - в 1,8 раза;

- виключені руйнування: втулок напрямних клапанів при їх запресовуванні в головку циліндрів; коромисел і розподільних валів двигунів МеМЗ-245 та поршневих кілець для бензомоторної пили “Мотор-Січ-270” в експлуатації;

- знижено: собівартість однієї тони литва - в 1,5 раза; брак в ливарному виробництві - на 1,58-3,2%; трудоємність механічного оброблення деталей - в 2 рази.

Впровадження результатів роботи на Мелітопольському моторному заводі дозволило одержати річний економічний ефект у сумі 3927,2 тис.грн., впровадження розробок у виробництво ВАТ “Мотор-Січ” дало річний економічний ефект 84,0 тис. грн. Сумарний річний економічний ефект склав 4011,2 тис. грн.

Висновки

В дисертаційній роботі здійснені нові науково-обгрунтовані розробки в галузі матеріалознавства, що забезпечують вирішення важливої науково-технічної і практичної проблеми для України - створення економнолегованих ливарних чавунів різних класів, що не містять гостродефіцитних легувальних елементів і є зміцненими за рахунок армувальних властивостей фосфідної евтектики і ефективних зміцнювальних технологій для підвищення їхніх якісних і експлуатаційних показників.

Виходячи з аналізу літературних даних і досвіду виробництва встановлено, що багато деталей машин, зокрема двигунів внутрішнього згоряння виготовляється з чавунів з пластинчастим і кулястим графітом. Одним з найбільш ефективних і недефіцитних в Україні твердорозчинних зміцнювачів цих чавунів - є фосфор. Проте, процеси структуроутворення легованих фосфором чавунів вивчені недостатньо. Відсутні дані щодо ступеню впливу структурних складників на властивості фосфористих чавунів, що працюють в умовах статичних і циклічних навантажень та підвищених температур.

2. Вперше для характеристики процесів структуроутворення фосфористих чавунів і визначення впливу фосфідної евтектики на їх властивості застосовані індекси і параметри її форми. Отримано аналітичні формули для визначення кількості фериту і діаметрів його зерен та індексів і параметрів форми графіту в залежності від індексів і параметрів форми ФЕ і навпаки - характеристик ФЕ в залежності від характеристик графіту. Це дає можливість аналітично визначати структурний склад фосфористих чавунів за наявності хоча б однієї характристики структурних складників.

Досліджено процеси структуроутворення легованих фосфором чавунів з пластинчастим і кулястим графітом. Підтверджено відомі дані, що із збільшенням домішок фосфору в чавунах утворюється фосфідна евтектика, кількість і будова якої залежать від домішок фосфору та швидкості кристалізації чавуну. Визначено вплив ФЕ на процеси структуроутворення фосфористих чавунів при легуванні їх фосфором у межах 0,02...0,97%. Показано, що збільшення домішок фосфору сприяє їх графітизації: збільшується кількість фериту, кількість графіту і розміри графітових вкраплень; знижується ступінь сфероїдизації кулястого та спостерігається незначна коагуляція вершин пластинчастого графіту.

3. Вперше визначено оптимальні розміри фосфідної евтектики, довжина вкраплень якої в чавуні з пластинчастим графітом має бути не більшою 90 мкм, а в чавуні з кулястим графітом має перебувати у межах 90...120 мкм. Визначено, що оптимальними є довжина пластин графіту 60...90 мкм, а діаметр куль - 45...60 мкм.

4. Вперше, із застосуванням методів математичного аналізу і лінійної механіки руйнування визначено вплив ФЕ на міцність чавунів. Встановлено, що максимальна границя міцності при розтягуванні стандартних циліндричних зразків досягається за наявності 2...3 % фосфідної евтектики, розташованої у вигляді окремих вкраплень в металевій матриці. Розбіжність між розрахунковими та експериментальними даними складає 3,5%, що підтверджує коректність аналітичних досліджень.

5. Методами металографічного і фрактографічного аналізів виконали феноменологічні дослідження мікромеханизмів руйнування фосфористих чавунів з пластинчастим і кулястим графітом в умовах статичного, динамічного і циклічного навантажень при температурах 20 і 450С та темоциклічного - при 400600С.

Вперше встановлено, що мікромеханізм руйнування фосфористих чавунів може характеризуватися трьома основними видами: транскристалічним сколом, змішаним та міжзеренним руйнуванням. Найбільш прийнятним, з точки зору зміцнення чавунів, є змішаний вид руйнування, який відбувається в межах домішок фосфору 0,1...0,6%. При цьому ФЕ є армувальним структурним складником, що гальмує тріщини. При більших домішках фосфору утворюється ФЕ у вигляді жорсткого каркасу, який спричиняє руйнування чавуну. Отримані дані узгоджуються з аналітичними дослідженнями.

6. Проведені всебічні дослідження впливу ФЕ на механічні, технологічні та експлуатаційні властивості ЧПГ і ЧКГ. Встановлено, що при легуванні фосфором:

підвищуються твердість та зносостійкість

підвищуються до екстремальних значень, а потім знижуються міцність при розтягу при кімнатній та підвищеній температурах, міцність при стисканні, термостійкість, оброблюваність лезовим інструментом

знижуються міцність при згинанні, ударна в'язкість, пластичність, статична та циклічна тріщиностійкість.

Оптимальним є легування чавунів фосфором в межах 0,1...0,6%, при цьому утворюється фосфідна евтектика, яка є армувальним структурним складником. Її кількість рекомендується в залежності від призначення та умов експлуатації чавунних деталей.

7. Вперше встановлено, що твердість оплавленого поверхневого шару чавуну підвищується із збільшенням домішок фосфору за рахунок утворення ледебуриту з дисперсними вкрапленнями фосфідної евтектики, що рекомендовано застосувати при виробництві розподільних валів та коромисел клапанів

8. Підтверджено відомі дані щодо впливу масштабного чинника на властивості чавунів з різною формою графіту. При цьому загальні закономірності впливу домішок фосфору на властивості чавунівзалишаються практично без змін.

9. Вперше із застосуванням комплексного статистичного аналізу взаємозв'язку властивостей фосфористих чаунів з їх фазовим складом підтвердили, що провідну роль у зміцненні чавунів відіграє фосфідна евтектика, а за її відсутності - зміцнена фосфором металева матриця.

10. Вперше методом детермінованого факторного аналізу підтверджено результати випробувань механічних властивостей фосфористих чавунів:

- легування чавунів фосфором у кількості до 0,09% сприяє підвищенню їх твердості і міцності;

- фосфідна евтектика сприяє підвищенню твердості чавунів. Частка її впливу більш значна у порівнянні з часткою впливу металевої матриці;

- встановлено, що фосфідна евтектика у кількості 1...6 % є зміцнювальним структурним складником і позитивно впливає на міцність фосфористих чавунів. Загальна частка впливу фосфідної евтектики співмірна з часткою впливу металевої матриці;

- пластичність фосфористих чавунів знижується при легуванні їх фосфором у межах 0,02...0,97%. Встановлено, що частка впливу фосфідної евтектики в зниженні пластичності у 1,2 рази менше у порівнянні з дією графіту та в 2,7 рази менше порівняно з дією металевої матриці.

11. В результаті проведених аналітичних і технологічних досліджень визначені оптимальні хімічні склади та мікроструктури чавунів для деталей двигунів внутрішнього згоряння різних класів та інших деталей машинобудування. Встановлено металургійні прийоми, необхідні для отримання у виливках заданих властивостей і мікроструктури. Розроблено і впроваджено у виробництво оптимізовані склади чавунів, технічні умови, технологічні процеси, інструкції, методики та інша нормативно-технічна документація. Впровадження фосфористих чавунів для деталей машинобудування дало змогу підвищити їх властивості та знизити або виключити вміст Cr, Mo, Ti, Ni.

Деталі, виготовлені з дослідно - промислових економнолегованих фосфористих чавунів, успішно пройшли випробування на двигунах. Розроблені матеріали впроваджені у виробництво із загальним річним економічним ефектом 4011,2 тис. гривень.

Основні публікації по дисертації

1. Структура та опір руйнуванню залізовуглецевих сплавів / Осташ О.П., Волчок І.П., Колотілкін О.Б., Андрейко І. М., Стадник М. М., Силованюк В. П., Слинько Г. І. - Львів: Національна академія наук України. Фізико-механічний інститут ім. Г.В.Карпенка, 2001.- 272 с.

2. Слинько Г.І. Вплив металургійних факторів на механічні та службові властивості фосфористих чавунів // Вісті Академії інженерних наук України. - 1995. - № 3. - С. 126-129.

3. Слынько Г.И., Волчок И.П. Чугун ЧСЗХГМД для литых деталей седел клапанов автомобильного двигателя // Процессы литья. - 1993 . - № 3. - С. 75-78.

4. Слынько Г.И., Грабовый В.М., Волчок И.П. Влияние фосфидной эвтектики на свойства легированного чугуна //Металловедение и термическая обработка металлов. - 1993. - № 3. - С. 23-25.

5. Cлынько Г.И., Миневич А.Ш. Вихретоковый структуроскоп для контроля качества отливок седел клапанов //Автомобильная промышленность. - 1992. - № 9. - С .30-31.

6. Слынько Г.И. Фосфористый чугун в двигателях внутреннего сгорания //Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин. Загальнодержавний міжвідомчий науково-технічний збірник. Вип. 24-26. - Кіровоград: КІСМ. - 1996. - С.91-96.

7. Слынько Г.И. Механизм разрушения фосфористых чугунов в условиях повышенных температур //Машиноведение: Труды/ Таврическая государственная агротехническая академия. - Т.І. - Вып. З. - Мелитополь: ТГАТА.- 1997.- С. 3-7.

8. Слынько Г.И. Технологические особенности получения высококачественных заготовок в двигателестроении // Высокие технологии в машиностроении. -Харьков: ХГПУ.- 1998. - С.270-272.

9. Грабовый В.М., Слынько Г.И., Волчок И.П. Технология производства чугуна для седел клапанов двигателя //Литейное производство. - 1992.- № 8. - С. 6-8.

10. Слынько Г.И., Волчок И.П. Влияние металлургических факторов на триботехнические свойства легированного чугуна //Проблеми трибології (Problems of Tribology).-1996.-№1.-С. 89-91.

11. Слынько Г.И. Методика экспрессанализа химического состава экономнолегированных фосфористых чугунов //Теория и практика металлургии. - 1998. - №1. - С.18-20.

12. Слынько Г.И. Автоматизированная система управления процессом структурообразования чугуна //Металл и литье Украины. - 1998. - № 3-4. - С. 30-33.

13. Слынько Г.И. Конструкционные материалы и технология изготовления распределительных валов ДВС //Зб. наук. праць Кіровоградського державного технічного університету /техніка в сільськогосподарському виробництві , галузеве машинобудування, автоматизація. / - Вип. 5. - Кіровоград: КДТУ. -1999. - С.175-182.

14. Слинько Г.І. Вплив карбідоутворювальних елементів на структуру і властивості фосфористого чавуну //Машинознавство. - 1999. - №8. - С.35-37.

15. Волчок І.П., Єгоров А.О., Слинько Г.І. Мікромеханізм руйнування і властивості фосфористих чавунів //Механіка руйнування і міцність конструкцій (випуск 2): В 3 т. /Під заг. ред. Панасюка В.В. - Львів: Каменяр.- 1999. - Т.1: Механіка і механізми процесів руйнування матеріалів. - С.208-220.

16. Стадник М.М., Слинько Г.І., Горбачевський І.Я., Волчок І.П. Математична модель для аналізу впливу структури на міцність фосфористих чавунів //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2000. - № 2. - С.100-103.

17. Андрейко І.М., Слинько Г.І., Осташ О.П., Волчок І.П. Циклічна тріщиностійкість сірих і високоміцних чавунів з підвищеним вмістом фосфору //Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2000. - № 6. - С. 45-51.

18. Слинько Г.І. Вплив фосфору на процеси структуроутворення і властивості чавуну //Машинознавство. - 2000. - № 10. - С. 19-21.

19. Слинько Г. І. Синтетична фосфідна евтектика: Машинознавство. - 2002. - №2. - С. 40 - 42.

20. Слынько Г.И. Высокотемпературная прочность фосфористых чугунов //Строительство, материаловедение, машиностроение /Вып.15. ч.1., Днепропетровск: ПГАСА.-2002. - С. 151 - 152.

21. Слынько Г. И. Перспективы применения в машиностроении фосфористых чугунов //Перспективні задачі інженерної науки /3б. наук. праць, Під заг. ред В.І. Большакова. Вип. 3. - Gaudeamas.- 2002. - С. 60 - 65.

22. Слынько Г. И. Циклическая трещиностойкость фосфористых чугунов в условиях повышенных температур //Строительство, материаловедение, машиностроение /Вып.22, ч.1., Днепропетровск: ПГАСА. - 2003.- С.200.

23. Широков В. В., Арендар Л. А., Слинько Г. І., Волчок І. П. Вплив фосфідної евтектики на зношуваність високоміцних чавунів //Фізико-хімічна механіка матеріалів. - 2003. - №2. - С. 115 - 117.

24. Широков В. В., Волчок І. П., Слинько Г. І., Арендар Л. А. Трибологічні властивості високоміцних чавунів з фосфідною евтектикою //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2003. - №1. - С. 51 - 53.

25. Слинько Г. І., Ольшанецький В. Ю., Степанова Л. П. Фізичні основи фазових перетворень і розподілу легувальних елементів в структурі фосфористого чавуну //Нові матеріали і технології в металургії та машинобудуванні. - 2003. - №2. - С. 16 - 19.

26. Слынько Г.И. Влияние фосфидной эвтектики на структуру и твердость упрочненного слоя чугуна //Строительство, материаловедение, машиностроение /Вып. 27, ч.2, - Днепропетровск: ПГАСА. - 2004. - С.120-122.

27. Слынько Г.И. Слынько А.Г. Кинетика графитизации фосфористых чугунов // Машиноведение: Труды / Таврическая государственная агротехническая академия. - Т.1. - Вып.3. - Мелитополь: ТГАТА. - 1997. - С. 36-40.

28. Широков В.В., Арендар Л.А., Волчок І.П., Слинько Г.І., Широков О.В. Вплив фосфідної евтектики на зношуваність, будову та фізико-механічні властивості чавунів // Эффективность реализации научного, ресурсного и промышленного потенциала в современных условиях. - Киев. - 2001. - С. 129.

29. Чугун для тонкостенных отливок: А.с. 1700085 СССР, МКИ С 22 С 37/08./Г.И. Слынько, И.П. Волчок, А.Д. Шерман (СССР). - № 4732567/02; Заявлено 03.07.89; Опубл. 23.12.91, Бюл. № 47. - 5 с.

30. Вихревотоковый преобразователь: А.с. 1739272 А1 СССР, МКИ G 01 N 27/80/ А.Ш. Микевич, В.М. Швец, Г.И. Слынько (СССР). - № 4716699/28; Заявлено 10.07.89; Опубл. 07.06.92, Бюл. № 21. - 4 с.

31. Пат. України № 992 Чавун для тонкостінних відливок /Г.І. Слинько, І.П.Волчок, О.Д. Шарман /Україна/ - № 4732567/SU: Заявлено 03.07.89; Опубл. 30.12.93, Бюл. № 3. - 1с.

32. Пат. України № 994 Чавун з кулястим графітом для тонкостінних виливок /Шерман О.Д., Терехов С.Г., Вершков Б.С., Мінаєва Л.І., Шепелєв М.С., Селіванов М.В., Здор А.М., Слинько Г.І. /Україна - № 4239145/su; Заявлено 29.04.87; Опубл. 30.12.93, Бюл. №3.

33. Слынько Г.И. Теоретические и технологические основы создания конструкционных материалов для деталей газораспределительных механизмов двигателей и сельскохозяйственных машин //Сб.тр. ТГАТА. - Мелитополь. - 1996. - С. 53-54.

34. Georgy Slynko, Orest Ostash Cyclical cast iron resistance with phosphide eutectic //Mechanics 2000. Prоceedings of the Intenational Scientific Conference - Rzeszow University of Technology, Poland. - Rzeszow, June 2000. - Р. 365-366.

35. Слынько Г. И. Легированные сплавы для деталей газораспределительного механизма // Неметалические включения и газы в литейных сплавах: Тез. докл. - Запорожье: ЗГТУ.- 1994. - С. 93.

36. Слынько Г. И. Состояние и перспективы научных исследований материалов и технологии производства литых заготовок в автомобилестроении //[Conference] Situation and Perspective of Research and Development in Chemical and Mechanical Industry, Krusevac, 22-24 October 2001; Book 1: Mechanical Engineering; [organized by] Faculty of Phisical Chemistry Belgrade; editors Predrad v. Dasic, Miroslav R. Radovanovic, - Beograd (Krusevac: GRAFOSTIL). - Str. 370 - 377.

37. Слынько Г. И. Влияние микроструктуры чугунов на обрабатываемость литых заготовок //International Conference “Heavy Machinery”(4rd 2002; Kralgevo) - 28 - 30 June 2002. - D 39 - 42.

38. Слынько Г. И. Влияние масштабного фактора на структуру и износостойкость фосфористых чугунов //2^nd International Conference “Research and Developmentin Mechanical Industry” RaDMI 2002. - Vrnjanska Banja, Yugoslavia, 01-04 September, 2002, Vol. 1. - P. 391-398.

39. Слынько Г.И. Микромеханизм разрушения фосфористых чугунов при повышенных температурах // IV International scientific Conferenсe AJMS for future of engineering science/ - Jgalo: Montenegro. - 2003. - Р. 33.

40. Слынько Г.И. Исследование влияния легирующих элементов на структуру и теплостойкость серого чугуна // Сб. тр. ТГАТА. - Мелитополь. - 1996. - С. 55-56.

41. Слынько Г.И. Влияние режимов оплавления на структуру и свойства упрочненного слоя кулачков распределительного вала МеМ3-245 // Материалы второго республиканского семинара по улучшению показателей тепловых двигателей и ресурсосбережению. - Мелитополь. - 1996. - С. 98-100.

42. Слынько Г.И. Фосфористые чугуны в автомобилестроении // Строительство, материаловедение, машиностроение /Сб. науч. тр. Вып. 2. - Днепропетровск: ПГАСА. - 2001. - С. 177.

43. Слынько Г.И. Комплексний вплив інтегральних характеристик неметалевих включень на механічні властивості фосфористих чавунів // Неметалеві вкраплення і гази у ливарних сплавах / 3б. наук. пр. - Запоріжжя: ЗНТУ. - 2003. - С. 175-176.

44. Слинько Г.И. Исследование влияния термической обработки на структуру фосфористых чугунов // Materials and metallurgy. - Sibenic: Сroatia. - 2002. - Р. 49-53.

45. Слынько Г.И. Влияние параметров формы неметаллических включений на свойства чугуна // Людина і космос. - Дніпропетровськ: НЦАОМУ. - 2002. - С. 222.

46. Слинько Г.І. Малоциклова втома фосфористих чавунів //Тези доповідей „Шостий міжнародний симпозіум українських інженерів-механіків у Львові”. - Львів: КІНПАТРІ ЛТД. - 2003. - С.144-145.

47. Слынько Г.И. Влияние фосфидной эвтектики на трещиностойкость чугуна //“Проблемы современного материаловедения” (Материаловедение, строительство и отраслевое машиностроение, Выпуск 7). “Стародубовские чтения 98” / Под ред. В.И. Большакова // Научные труды Приднепровской государственной академии строительства и архитектуры. - Днепропетровск: Центр економічної освіти. - 1998. - С.127-128.

48. Слинько Г.І. Особливості формування мікроструктури фосфористих чавунів //Нові конструкційні сталі та стопи і методи їх обробки для підвищення надійності та довговічності виробів /Запоріжжя: ЗДТУ. - 1998. - С.165-166.

Анотація

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.02.01 - Матеріалознавство. - Запорізький національний технічний університет, Запоріжжя, 2004.

Дисертація присвячена розвитку основ структуроутворення і вибору методів керування властивостями фосфористих чавунів для литих заготовок деталей машин, які працюють в умовах циклічних навантажень та підвищених температур. Встановлено загальні закономірності і принципи формування мікроструктури чавунів з пластинчастим і кулястим графітом в залежності від ступеню їх легування фосфором і впливу масштабного чинника. Встановлено, що фосфідна евтектика у кількості 1...6 % є зміцнювальним структурним складником і підвищує міцність, твердість, зносостійкість, термостійкість, оброблюваність фосфористих чавунів. Негативний вплив фосфідної евтектики на пластичні властивості і циклічну тріщиностійкість менш значний у порівнянні з впливом зростаючих кількостей фериту, розмірів його зерен і графіту. Запропоновано комплексну систему керування властивостями чавунів, яка включає аналітичне визначення необхідних характеристик структурних складників і технологію їх отримання. На підставі наукових положень, проведених систематичних досліджень впливу фосфору і металургійних чинників на структуру і властивості розроблені економнолеговані фосфористі чавуни різних класів. Із врахуванням отриманних результатів взаємозв'язку характеристик структурних складників і властивостей фосфористих чавунів розроблені способи і технології їх плавлення, легування, модифікування, термічної обробки і поверхневого зміцнення, що дозволило забезпечити необхідний рівень механічних і експлуатаційних властивостей деталей машин. Розроблені фосфористі чавуни, способи і технології їх отримання і зміцнення поверхонь тертя впроваджені у виробництво.

Аннотация

Слынько Г. И. Развитие основ структурообразования и управление свойствами фосфористых чугунов, работающих в условиях циклических нагрузок и повышенных температур. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученной степени доктора технических наук по специальности 05.02.01 - Материаловедение. - Запорожский национальный технический университет, Запорожье, 2004.

Диссертация посвящена разработке основ структурообразования и выбору методов управления свойствами фосфористых чугунов для литых заготовок деталей машин, работающих в условиях циклических нагрузок и повышенных температур.

Установлены общие закономерности и принципы формирования микроструктуры чугунов с пластинчатым и шаровидным графитом в зависимости от степени их легированости фосфором и влияния масштабного фактора. Показано, что при легировании чугунов фосфором до 0,09% их металлическая матрица упрочняется по твердорасворному механизму. Присадки от 0,09 до 0,4% фосфора способствуют образованию мелкодисперсных включений фосфидной эвтектики. При более высокой степени легирования (до 0,55%Р) образуется разорванная или сплошная (более 0,55%Р) сетка фосфидной эвтектики, расположенная по границам эвтектических зерен. Увеличивающиеся количества фосфидной эвтектики способствуют укрупнению графитовых включений при одновременном уменьшении их общего количества, укрупнению эвтектических зерен и увеличению общего количества феррита. Подтверждено, что при увеличении массы литых заготовок увеличиваются размеры структурных составляющих чугунов. Для получения корреляционных зависимостей взаимосвязей структуры и свойств фосфористых чугунов было предложено представлять количество и размеры фосфидной эвтектики и графита в виде индексов и параметров их формы, а металлическую матрицу - в виде относительных количества феррита и диаметра его зерен. Установлено, что фосфидная эвтектика в количестве 1…6% является упрочняющей структурной составляющей и повышает прочность, твердость, износостойкость, термостойкость, обрабатываемость лезвийнім инструментом фосфористых чугунов. Отрицательное влияние фосфидной эвтектики на пластические свойства и циклическую трещиностойкость менее значительно, чем влияние увеличивающихся количеств феррита, размеров его зерен и графита.

Предложена комплексная система управления свойствами чугунов, включая аналитическое определение требуемых характеристик структурных составляющих и технологию их получения. На основе научных положений, проведенных систематических исследований влияния фосфора и металлургических факторов на структуру и свойства разработаны экономнолегированные фосфористые чугуны различных классов. С учетом полученных результатов взаимосвязей характеристик структурных составляющих и свойств фосфористых чугунов разработаны способы и технологии их плавки, легирования, модифицирования, термической обработки и поверхностного упрочнения, которые позволяют обеспечить необходимый уровень механических и эксплуатационных свойств деталей машин. Разработанные фосфористые чугуны, способы и технологии их получения и упрочнения поверхностей трения внедрены в производство.

Таким образом, полученные в работе результаты направлены на решение важнейшей научно-технической и практической задачи - созданию включений фосфидной эвтектики, выполняющих роль армирующих составляющих в структуре чугуна, аналитическому определению долевого участия структурных составляющих в изменении свойств фосфористых чугунов и на этой основе разработке конструкционных материалов для деталей машин.

Abstract

G.I.Slynko. The development of the principles of structure forming and managing of properties of phosphorous cast irons, working in the conditions of cyclic loadings and increased temperatures. - Manuscript.

A thesis on applying for a Doctor's of Technical Science degree on a speciality 05.02.01. - Materials science. - Zaporizhzhya National Technical University, 2004.

The thesis is devoted to investigation of structure forming principles and choosing of managing methods for properties of phosphorous irons for casting of machine parts, working in the conditions of cyclic loadings and increased temperatures.

The general principles and the microstructure - forming principles of cast irons with flaky and nodular graphite inclutions, depending upon alloying degree by phosphorus and scale factor have been determined. It was proved that phosphide eutectic, in the amount from 1 to 6 %, strengthens the structure and increases strength, hardness, wear-resistance, machinability of phosphorous cast irons. In comparison with the influence of ferrite increasing quantities, grain size and graphite inclusions, negative influence of phosphide eutectic on plasticity and cyclic crack-resistance is less. The complex system of managing cast irons properties was presented including analytic definition of the necessary component characteristics and their production technology. On the basis of scientific principles, systematic researches of the influence of phosphorus and metallurgical factors on the structure and the properties, some economically alloyed phosphorous cast irons of different classes were developed in order to provide reliable work of machine parts.

Taking into account the results of correlation of the characteristics of structural components and properties of phosphorous cast irons, the methods and the technology of their melting, alloying, modification, heat-treatment and surface strengthening have been developed which allow to provide the necessary level of mechanic and operating properties of machine parts. The developed phosphorous cast irons, methods and technologies of their producing and strengthening of their rubbing surfaces have been introduced into industry.

Размещено на Allbest.ru