Размещено на http://www.allbest.ru/

НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ ФІЗИКО-МЕХАНІЧНИЙ ІНСТИТУТ ім. Г. В. Карпенка

Спеціальність 05.02.01 - матеріалознавство

УДК 620.1: 669.13:669.74

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Автореферат

ПІДВИЩЕННЯ ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ АУСТЕНІТНИХ МАРГАНЦЕВИХ ЧАВУНІВ ЛЕГУВАННЯМ КАРБІДОУТВОРЮЮЧИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ

Колесніков Валерій Олександрович

Львів - 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Східноукраїнському національному університеті ім. Володимира Даля, м. Луганськ.

Науковий керівник: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Балицький Олександр Іванович Фізико-механічний інститут ім Г.В. Карпенка НАН України, провідний науковий співробітник відділу водневої стійкості металів, м. Львів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, старший науковий співробітник Широков Володимир Володимирович Фізико-механічний інститут ім Г.В. Карпенка НАН України, завідувач відділу зносостійких покриттів, м. Львів

кандидат технічних наук, доцент Бачинський Юрій Григорович Тернопільський державний педагогічний університет ім. В.Гнатюка, доцент кафедри фізики та методики викладання фізики, м. Тернопіль.

Провідна установа: Інститут проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАН України, відділ зносостійких та корозійностійких порошкових конструкційних матеріалів, м. Київ

Захист дисертації відбудеться ”21 “ вересня 2005 р. о 15.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.226.02 при Фізико-механічному інституті ім. Г. В. Карпенка НАН України за адресою: 79601, м. Львів, МСП, вул. Наукова, 5.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Фізико-механічного інституту ім. Г. В. Карпенка НАН України.

Автореферат розіслано “19 ” серпня 2005 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради Погрелюк І. М.

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми обумовлена необхідністю підвищення надійності промислового устаткування, а також вирішення проблем ресурсозберігаючих технологій, пов'язаних з впровадженням нових матеріалів. Сьогодні в Україні експлуатується значна кількість промислового устаткування, що вже вичерпало або вичерпує свій ресурс роботоздатності. Як свідчать статистичні дані, до 80 % відмов машин і механізмів зумовлено зношуванням поверхонь у вузлах тертя. Вивчення закономірностей механізму руйнування в умовах тертя (в т. ч. з позицій механіки руйнування) ґрунтується на фундаментальних роботах В. В. Панасюка, Б. І. Костецького, Б. І. Крагельского, О. П. Осташа, В. П. Силованюка, Г. А. Баглюка, А. Г. Кузьменка, М. І. Пашечка, М. В. Кіндрачука, В. І. Похмурського, Т. С. Скобло, В. В. Широкова та ін.

Виникає гостра потреба у своєчасному ремонті і заміні деталей, що вийшли з ладу. Одним з найоптимальніших шляхів, що дозволяють збільшити ресурс роботи, є заміна вже зношених деталей на виготовлені з нових, дешевших матеріалів, що володіють комплексом заданих властивостей (тріщиностійкістю, корозійною стійкістю, зносостійкістю тощо). У даний час сплави, які використовують як конструкційні матеріали для таких деталей, містять значну кількість дефіцитних легувальних елементів (ЛЕ), що значно здорожує їхнє використання. Великі запаси залізомарганцевих руд в Україні дозволяють одержувати залізовуглецеві марганцеві сплави (деталі з яких володіють комплексом необхідних експлуатаційних властивостей) на базі вітчизняної мінеральної сировини. Тому дослідження зв'язку між хімічним, структурно-фазовим складом та властивостями марганцевих чавунів актуальні та необхідні.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові результати дисертаційної роботи отримані в ході виконання науково-дослідних робіт у СНУ ім. Володимира Даля за темою: ГН 120-95 (ДР № 0195U023270), а також згідно з договорами з ВАТ „ХК Луганськтепловоз” ДНТС № 5-01 та ДНТС № 6-03.

Мета дослідження - вивчити вплив карбідоутворюючих елементів на трибологічні властивості легованих аустенітних марганцевих чавунів та встановити закономірності їх руйнування в умовах комплексного впливу експлуатаційних факторів (зміни швидкості, навантаження та умов змащування), запропонувати на цій основі рекомендації з підвищення їх міцності та зносостійкості.

Для досягнення поставленої мети необхідно розв'язати такі задачі:

1. Вивчити вплив легування карбідоутворюючими елементами на структурно-фазовий склад і механічні властивості аустенітного марганцевого чавуну.

2. Дослідити трибологічні характеристики аустенітних марганцевих чавунів, легованих карбідоутворюючими елементами в умовах, наближених до експлуатаційних.

3. Дослідити закономірності руйнування гетерогенних марганцевих чавунів залежно від їх структурно-фазового складу (враховуючи вплив корозійно агресивних середовищ).

4. Обґрунтувати оптимальні параметри структурних складових, що забезпечують підвищену експлуатаційну стійкість деталей (в умовах тертя ковзання та зовнішнього циклічного навантаження), виготовлених з марганцевих чавунів.

5. Розробити рекомендації щодо легування марганцевих чавунів карбідоутворюючими елементами для підвищення експлуатаційної стійкості промислових деталей в умовах тертя ковзання.

Об'єкт дослідження - аустенітні чавуни з високим вмістом марганцю, леговані карбідоутворюючими елементами.

Предмет дослідження - вплив легування на структурно-фазовий склад, механічні та трибологічні властивості, механізм руйнування марганцевих чавунів.

Методи дослідження. У роботі застосовували сучасні методики досліджень тріщиностійкості, корозійної стійкості та зносостійкості сплавів. Виконано металографічні, рентгеноструктурні та мікрорентгеноспектральні аналізи з використанням як стандартних, так і спеціально розроблених комп'ютерно-інтегрованих методик. Експериментальні результати вимірювання мікротвердості, параметри мікроструктури, стандартних механічних характеристик, зносостійкості обробляли методами математичної статистики (регресійним і кореляційним аналізами) за допомогою спеціальних програм для ПК.

Наукова новизна одержаних результатів.

- Вперше отримані залежності структурно-фазового складу (його зв'язок з властивостями), механічних і триботехнічних властивостей марганцевих чавунів з урахуванням впливу варіації легувальних елементів. Встановлено, що легування Сr, V, Ti, Mo викликає ефект зміцнення твердого розчину, а також появу складнолегованих карбідів (Fe, Me)7C3, (Сr, Fe, V)23C6 , (Сr, Fe)7C3, TiC, VC, що підвищує механічні властивості марганцевих чавунів.

- Вперше виявлено, що мікротвердість первинного аустеніту (в сплавах з 11…12% Mn) вихідного складу аустенітно-графітової евтектики в 1,2-1,9 рази нижча, ніж аустеніту, який сформувався у вигляді дендритів, що пов'язано перерозподілом легувальних елементів у вищезгаданих складових сплавів, в першу чергу Mn та Ni.

- Запропоновано механізм руйнування сплавів цього класу під час тертя ковзання з урахуванням параметрів мікроструктури. Встановлено, що зі збільшенням швидкості ковзання з 0,628 до 2,1 м/с в умовах сухого тертя інтенсивність зношування знижується (особливо під навантаженнями 1,0 МПа), що обумовлено появою на поверхнях тертя вторинних структур оксидної природи, які містять (Cr, Fe)2O3 і Fe3O4. Зафіксовано збільшення мікротвердості приповерхневих зон глибиною до 0,15 мм, зміну кристалічної ґратки (г>б) та зниження інтенсивності зношування.

- Встановлено оптимальні хімічні склади (3,2…4,0 % С; 1,6…3,0 % Si; 8,0…12,0% Mn; 0,5…1,2% Ni; 1,0…3,0% Cu; 0,4…1,2% Al; 0,1…1,2% Cr; 0,1…0,5% Ti; 0,1…0,3% Mo; 0,01…0,1% Ca) та параметри мікроструктури (твердість 250….300НВ; л = 8…12 (відношення довжини до ширини включень графіту); Vг = 1….5% (об'ємний вміст графіту в чавунах); lг = 10...50 мкм (довжина включень графіту); Sк = 10…36 % (площа карбідів); lк = 10...50 мкм (довжина карбідів)), що забезпечують підвищену експлуатаційну стійкість в умовах сухого та граничного тертя (змащування мастилом И-20A).

Практичне значення одержаних результатів. За одержаними результатами можна прогнозувати експлуатаційну стійкість деталей промислового устаткування, виготовлених з марганцевих чавунів (МЧ), що працюють під зовнішнім навантаженням, зокрема в умовах тертя ковзання. Розроблені рекомендації щодо вибору оптимальних хімічних складів для деталей, що експлуатуються у різних умовах. Втулки, направляючі для опор ковзання, виготовлені з аустенітних МЧ, не поступаються за експлуатаційними показниками високолегованим сплавам, в т. ч. дорогим кольоровим сплавам. Експлуатаційні випробування проведено у ВАТ „ХК Луганськтепловоз”.

Обґрунтованість і достовірність наукових положень, отриманих результатів і висновків, сформульованих у дисертації, забезпечується коректною постановкою задач і великим обсягом експериментальних досліджень, виконаних із застосуванням сучасних методик і обладнання, узгодженням отриманих результатів із даними інших дослідників.

Особистий внесок здобувача полягає в тому, що основні експериментальні, теоретичні й аналітичні результати отримані самостійно [1, 7, 11, 21, 23]. У публікаціях, написаних у співавторстві, здобувачу належить: отримання експериментальних даних [5, 16, 19, 24], їх обробка [2-4, 6, 9, 10, 14, 19, 22] та аналітична оцінка [12, 13-15, 18-20]. Автором самостійно отримано результати кореляційного та регресійного аналізів. Досліджено мікроструктуру (визначено її параметри, мікротвердість, проведена статистична обробка даних), вивчено зносостійкість сплавів. Узагальнено гіпотези про поведінку чавунів в умовах тертя ковзання з урахуванням структурно-фазового складу. Визначено оптимальні параметри структурних та фазових складників, що забезпечують підвищену експлуатаційну стійкість для цього класу матеріалів у різних експлуатаційних умовах.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися на: Міжнародній науково-технічній конференції “Проблеми створення нових машин і технологій” (Луганськ, 2001); 7, 8 та 9-й Міжнародних конференціях “Університет та регіон” (Луганськ, 2001-2003); конференціях професорсько-викладацького складу і наукових співробітників “Наука-2002”, “Наука-2004” (Луганськ, 2002, 2004); Міжнародній науково-технічній конференції “Обробка, зварювання і зміцнення конструкційних матеріалів. Якість і перспективи розвитку” (Луганськ, 2002); 6-му Міжнародному симпозіумі українських інженерів-механіків у Львові (Львів, 2003); ІІ-й Конференції “Nowe materialy - nowe technologie w przemysly okretowym i maszynowym” (Miedzyzdroje, Poland, 2003); Конференціях “Зварювання, литво та суміжні технології” (Луганськ, 2003), “Водородная обработка материалов” (Донецьк, 2004), VII-й Міжнародній конференції-виставці “Проблеми корозії і протикорозійного захисту матеріалів” (Корозія-2004) (Львів, 2004), 3-й Міжнародній конференції “Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій” (Львів, 2004), наукових семінарах СНУ ім. В. Даля та ФМI ім. Г. В. Карпенка НАН України.

Публікації. Основні результати дисертаційної роботи викладені в 24 публікаціях, в т. ч.: у 8 статтях у наукових фахових журналах, 9 - в збірниках наукових праць, 6 - у матеріалах міжнародних конференцій, в одному патенті України.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, п'яти розділів, загальних висновків, переліку літературних джерел (225 найменувань). Загальний обсяг складає 157 сторінок, включно з 67 рисунками, 36 таблицями, а також 2-х додатків на 7 стор.

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У Вступі стисло викладено стан проблеми експлуатаційної стійкості чавунних деталей промислового устаткування, обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета роботи, її наукова новизна і практична цінність.

Перший розділ присвячений аналізу науково-технічної і патентної інформації. Висвітлені сучасні уявлення про вплив легування на структурно-фазовий склад Fe-Mn-C cплавів. Розглянуто уявлення про зниження експлуатаційної стійкості та механізми руйнування деталей, виготовлених із Fe-C сплавів, що працюють під дією зовнішнього навантаження та корозійного середовища. Про процеси руйнування в поверхневих і підповерхневих шарах під час тертя інформують продукти зношування. Акцентовано увагу на роль графіту в умовах тертя, а також на те, що деталі зі структурою марганцевого аустеніту володіють підвищеною експлуатаційною стійкістю. Вказано, що одним з найважливіших факторів, що відповідають за роботоздатність трибоспряжень, є збереження експлуатаційної стійкості в умовах “оливного голодування”, а також під час сухого тертя у разі зникнення шару оливи. МЧ дуже чутливі до швидкості охолодження, тому слід правильно корегувати хімічний склад і технологічні процеси, щоб отримати виливки з необхідним комплексом експлуатаційних властивостей. Однозначні вимоги до мікроструктури таких сплавів (що працюють в умовах тертя ковзання та зовнішнього навантаження) відсутні.

В другому розділі розглянуто методологію, матеріали і методи досліджень. Обґрунтовано вибір хімічного складу досліджуваних сплавів. Визначено базовий хімічний склад (мас. %): 3,0...3,5 С; 2,0 ...2,5 Si; 0,1...0,5 Ni; 2,0... 2,2 Сu; 0,2...0,4 Al; 0,2 P; 0,02 S, в якому вміст Mn в межах 1,0...13,0 змінювали (з кроком 1 %). Концепція досліджень полягала у наступному: після визначення структурно-фазового складу, фізико-механічних властивостей та зносостійкості сплавів, найкращі за властивостями поліпшували, економно легуючи карбідоутворюючими елементами (мас. %): Сr, V, Ti, Mo (0,1…1,0). Це сприяло б: зміцненню твердого розчину, появі комплексних карбідів та допомогло б дотримуватись принципу Шарпі, який забезпечує високу зносостійкість. Наведено схему зміни властивостей під час тертя аустенітного чавуну за умов створення оптимального структурно-фазового складу шляхом легування.

Структуру комплексно досліджували металографічним методом, замірами мікротвердості, рентгеноструктурним аналізом.

Вміст Cr, V, Ti (для сплавів з базовим хімічним складом (БХС) (мас. %): 3,4...3,7 С; 3,0 Si; 12,0 Mn; 1,0 Ni; 2,5 Сu; 0,4 Al; 0,1 P; 0,02 S) змінювали за матрицею математичного планування ПФЕ 23 (табл. 1).

Тріщиностійкість МЧ вивчали на обладнанні за стандартними методиками. Швидкість корозії чавунів визначали масометричним (г/м2•год) та поляризаційним методами. Електрохімічні дослідження проводили на потенціостаті Scanning Potentiostat/Galvanostat PARC мод. 362 та за допомогою комплекту електродів порівняння Metrohm AG 9101.

Таблиця 1 - Рівні варіювання концентрації хімічних елементів у досліджуваних чавунах та матриця математичного планування експерименту

Фактори, що вивчаються	Cr	V	Ti
Основний рівень (0)	0,55	0,3	0,3
Інтервал варіювання	0,45	0,2	0,2
Верхній рівень (+)	1,0	0,5	0,5
Нижній рівень (-)	0,1	0,1	0,1
Кодове позначення	Х1	Х2	Х3

Зносостійкість визначали на машині тертя СМЦ 2 за схемою диск-колодка в умовах тертя ковзання. Контртіло (диск) виготовляли зі сталі 45Г2 (загартованої до 50...55 HRC). Як мастильний матеріал використовували оливу И-20А, яка найчастіше рекомендується і застосовується у вузлах тертя промислового устаткування. Оцінюючи антизадирні властивості, зразок випробовували за ступінчастого навантаження Р від 1,7 МПа, збільшуючи його на 0,7 МПа через 10 хв. Навантаження, за яких утворювався задир в парі тертя, характеризували антизадирні властивості. Проведено фрактографічні дослідження поверхонь тертя і продуктів зношування. Це дозволило оцінити механізм мікроруйнування сплавів.

Для оцінки впливу вмісту Сr, V, Ti та мікроструктуру на властивості сплавів використано метод планування експерименту. Отримані експериментальні дані обробляли методами математичної статистики, використовуючи сучасні ПК і програмне забезпечення.

Третій розділ присвячений вивченню впливу хімічного складу на формування структури і властивостей досліджуваних чавунів. Для чавунів з вмістом 8…12 % Mn отримано такі механічні характеристики: узг = 250…540 МПа; ув = 140…290 МПа; f300 = 1,6…3,6 мм; 160…320 НВ. Рівняння регресії, що описує вплив ЛЕ на формування мікротвердості металевої матриці, має вигляд:

Аналізуючи значення коефіцієнтів у рівнянні (1) встановили, що більше на зміцнення твердого розчину впливає Cr, за ним йдуть V і Ti, що підтверджують дані про розподіл ЛЕ в фазових складниках сплавів. Кристалізація та структуроутворення МЧ (11…12% Mn) (рис. 1а) протікають в умовах істотного відхилення від рівноважних зі значною структурною і лікваційною неоднорідністю, що підтверджено даними локального мікрорентгеноспектрального аналізу (рис. 1б). Виявлено складнолеговані карбіди (Fe, Mn)3С, (Fe, Cr, Mn)3C, (Cr, Fe)7C3,(Cr, Fe)23C6, (Сr, Fe, V)23C6, VC, TiC (рис. 1в) (Нм = 8,0...18,0 ГПа). Мікротвердість металевої матриці залежно від типу та легування становить 1,8...5,5 ГПа.

У сплавах зафіксовано Fe3P, Mn3P, (Fe,Mn)3P, а також складні сполуки змішаного типу аустенітно-графітної, аустенітно-ледебуритної і фосфористої евтектик. Легування БХС 0,1…1,4% Сr, 8…12% Mn підвищує мікротвердість фосфористої евтектики (H = 4,0...6,5 ГПа).

Визначено параметри: графіту л = 8,0…22,0 (л - відношення довжини включень графіту (ВГ) до їх ширини) і карбідів, їх кількість, розподіл, розміри (довжина: lг = 2...350 мкм, lк = 5...140 мкм) залежно від системи легування.

Встановлено, що Нµ аустеніту (в сплавах з 11...12% Mn), що сформувався у вигляді дендритів, оточених карбідами, в 1,2-1,9 рази вища, ніж аустеніту поблизу великих графітних включень і аустеніту, що входить до складу аустенітно-графітної евтектики. Це пояснюється особливостями формування структури сплавів під час первинної кристалізації та різним розподілом Mn та Ni. Марганець переважно проявляється в дендритах навколо карбідів, а нікель - у центральній частині дендритів. Причому Mn суттєвіше зміцнює твердий розчин.

Отримано математичні вирази у вигляді поліномів, що описують вплив варійованих ЛЕ на властивості сплавів, та кореляційні залежності між параметрами структурних складників і властивостями (HB, узг, ув,, стрілою прогину f300).

Четвертий розділ присвячений вивченню ролі мікроструктури в процесах руйнуванні чавунів. Під час дослідження тріщиностійкості (сплавів з 8…12 Mn%) отримані такі результати: К1С = 36...55 МПа; ДКth = 4,9...6,9 МПа; ДКfc = 35...44 МПа. Проаналізовано вплив мікроструктури на розповсюдження тріщин. За експериментальними даними про розвиток втомних тріщин у матеріалі побудовано криві
х-ДК. З підвищенням вмісту Mn понад 8,0% тріщиностійкість зменшується. Знижується також міцність та змінюється площа, яку займають ВГ та карбіди, що призводить до окрихчення сплавів. Введенням у сплав більшої кількості фосфору можна підвищити тріщиностійкість, оскільки тріщини гальмуються в евтектиці. ВГ визначають здатність сплаву гасити механічні коливання. Корегуючи вміст графітної фази, можна суттєво впливати на характер розповсюдження, швидкість втомних тріщин і конструкційну міцність чавунів. Чим більше графітної фази в сплаві та менші твердість, в'язкість руйнування, тим порогові значення ДК менші. Тріщина сповільнює рух в околі чи всередині графітної або фосфідної евтектик, а також у карбідній фазі. Встановлено оптимальні хімічні склади чавунів, що забезпечують підвищену тріщиностійкість. Найвищим опором тріщиноутворенню володіють сплави, додатково рафіновані Са (К1С = 50...55 МПа), що підтверджено фрактографічно.

Встановлено, що послідовне збільшення навантаження припрацювання до 5,0 МПа призводить до істотного зниження інтенсивності зношування за більш низьких навантажень, тому матеріал адаптується до умов зовнішнього тертя під час зміцнення марганцевого аустеніту, а також збільшення площі плям фактичного контакту на поверхні тертя.

Проведено порівняльні випробування інших сплавів (рис. 3). За питомого навантаження Рп = 5,0 МПа в умовах граничного тертя інтенсивність зношування збільшується на порядок. Встановлено, що найінтенсивніше схоплювання зразків в умовах граничного тертя наступає при Рп = 7,8…11,0 МПа (коефіцієнт тертя f, коли починається схоплювання, становить 0,12…0,15), для бронзи БрАЖМц і ЧН15ДХ2 відповідно при 10,2 і 4,5...6,0 МПа (f = 0,28...0,34 і f = 0,192...0,268).

В умовах сухого і граничного тертя під дією навантаження зміцнюється марганцевий аустеніт, найвища глибина зміцненого шару досягає 0,12...0,15 мм від краю колодки. Механізм зміцнення аустеніту в умовах сухого тертя починає діяти від Р = 2,0 МПа. Рентгеноструктурним аналізом зафіксовано > перетворення.

Зі збільшенням швидкості ковзання Vк з 0,628 до 2,1 м/с інтенсивність зношування внаслідок утворення вторинних структур, що мають оксидну природу, знижується. Оксиди (Cr, Fe)2O3 і Fe3O4 виявлені як на поверхнях тертя (рис. 4), так і в продуктах зношування.

Найнижча інтенсивність зношування спостерігається при Рп = 1,0 МПа і Vк = 2,1 м/с. Згідно з класифікацією Костецького, отримані результати інтенсивності поверхневого руйнування можна віднести до нормального механохімічного зношування в умовах тертя в оливі (Рп = 2,5 МПа, Vк == 0,628 м/с), а в умовах сухого тертя (Рп = 1,0 МПа, Vк = 2,1) - до механохімічного абразивного зношування. Зі збільшенням навантаження і зниженням швидкості ковзання (Рп = 1,0…3,5 МПа, Vк = 0,628 м/с) - до схоплювання II роду (термічного), при Рп = 5,0 МПа і вище - до схоплювання I роду (атермічного). Перші два види поверхневого руйнування відносять до нормальних, а решта - до патологічних.

Обчислені значення питомої роботи тертя і руйнування, а також отримані регресійні і кореляційні залежності між параметрами структурно-фазового складу і механічними властивостями дозволили встановити вплив досліджуваних параметрів на поведінку сплавів в умовах тертя. Отримано рівняння регресії для зношування , питомих робіт тертя (, ) і робіт тертя (, ) при Р = 1,0 МПа, V = 0,628 м/с:

(1)

(2)

(3)

Аналіз рівнянь (2)-(4) показує, що Сr, V і Ti, зменшуючи структурно - термічну активацію чавунів, збільшують їх опір руйнуванню під час тертя. Кореляційний аналіз масиву отриманої інформації показав, що за всіх прийнятих Р і Vk інтенсивність зношування тісно корелює: з площею, яку займанють ВГ - r = 0,68...0,91; Sk - r = -0,78…0,90; середнім розміром евтектики - r = -0,53... -0,88; л - r = 0,58...0,91. Середня мікротвердість (Hµ) аустеніту r = - 0,74... -0,88; середня Hµ карбідів - r = -0,76...-0,90. Для умов тертя в оливі значення r нижчі.

Загальною закономірністю є те, що зі збільшенням навантаження зростає роль графітної і карбідної фаз, що діють протилежно. У сплавах, де кількість Vг домінувала над Sk (рис.5а) (і була максимальною), руйнування сплавів відбувається найінтенсивніше. Для найбільш зносостійких сплавів кількість Vг мінімальна (4…8 %), а Sk максимальна (5...36%). Розмір, Нµ, стехіометричний склад карбідів суттєво впливають на інтенсивність зношування (рис. 5б). Найбільш зносостійкими виявились сплави, що містять карбіди TiC, VC, (Cr, Fe)23C6, (Сr, Fe, V)23C6,(Cr, Fe)7C3 з розміром до 50 мкм. сплав ковзання марганцевий чавун

Карбіди цементитного типу (Fe, Mn)3С розміром 100...120 мкм під час сухого тертя погано утримуються в металевій матриці.

Встановлено, що розмір частинок зношування (ЧЗ) (що відділилися під час граничного тертя в період стабільного зношування) 0,1…3,0 мкм. Морфологія ЧЗ (рис. 6а) (Рп = 1,0…2,0 МПа, Vк = 0,628...2,1 м/с) характеризується переважно плоскою формою (тобто відбувається “пелюсткове руйнування”). Середні розміри найдрібніших ЧЗ 3...10 мкм, середніх - 20...30 мкм, крупних - 65 мкм і вище (рис. 6). Зі збільшенням характеристик навантажень ЧЗ набувають об'ємної форми і мають значно більші розміри: в період схоплювання з'являються частинки, що мають довжину 1000 мкм і більше (рис. 6б). В умовах сухого тертя серед ЧЗ значну кількість займають такі, лінійні розміри яких знаходяться в межах відстані між ВГ. Особливо чітко ця закономірність простежується в умовах виникнення схоплювання зі збільшенням навантаження (Vк = = 0,628 м/с, Рп = 2,0 МПа і вище), що дозволило висунути гіпотезу, що в період настання катастрофічного зношування (Рп = 6,0 МПа і вище) руйнування відбувається по границях ВГ.

Встановлено, що на ЧЗ є тріщини. Висунуто гіпотезу, що перший тип - це ті, які утворилися безпосередньо під час механічної взаємодії поверхонь, що труться, а інші - пустоти, з яких викришився графіт (рис. 6г). Серед ЧЗ виявлені неметалеві включення - карбооксиди та карбонітриди Mn і Ti, а також нітриди Ti і сульфіди Mn (рис. 6в). Аналіз відомих робіт, присвячених тріщиностійкості подібних сплавів, дозволив аргументувати гіпотезу, що включення суттєво впливають на розповсюдження магістральної тріщини, оскільки вони є концентраторами напружень. На рис. 7а показано поверхню тертя, що має ступінчастий мікрорельєф і характерна для “пелюсткового” руйнування матеріалу під час тертя. Тріщини за збільшення 900 разів і вище спостерігали в зоні тертя на колодці.

У сплавах з розмірами ВГ 10...50 мкм (що мають твердість 250…300 НВ) під час тертя виділяється графіт, який відіграє роль сухого мастила (реалізується принцип вибіркового переносу). Зі збільшенням гетерогенності сплавів, зумовленою дрібнодисперсними карбідами, стримується рух дислокацій, що підвищує зносостійкість.

Встановлено, що найвищим опором корозії в дистильованій воді (0,025...0,04 г/м2 * год.) володіють сплави з вмістом 7…12% Mn. Для найстійкіших сплавів, що мають підвищену зносостійкість, проведено корозійні дослідження (табл.2).

ВГ стають „каналами”, по яких корозійні середовища проникають всередину матеріалу. Відзначено, що ВГ може бути бар'єрами на шляху розповсюдження корозійних пошкоджень. Додаткове легування Cr, V, Ti сприяє підвищенню опору корозії у водному середовищі.

Виявлено, що корозійна стійкість МЧ за однакового БХС визначається параметрами ВГ (табл. 2, рис. 8), що входять до складу пасивних плівок, які утворюються на поверхні зразка та знижують інтенсивність корозійних процесів.

Таблиця 2 - Хімічний склад сплавів, на яких проведено корозійні дослідження*

№ сплаву	Сr	V	Ti	HB	Vг, %	Середній розмір ВГ, мкм	Sk, %
1.	1,0	0,5	0,1	248	2,5-7,5	25-150	5-32
2.	0,1	0,5	0,1	171	4,5-12,0	50-220	2,5-15
3.	1,0	0,5	0,5	294	2,2-4,8	15-60	7-36
4.	0,1	0,1	0,5	189	4,0-11,0	50-180	4, -25

* БХС (мас.%) 3,6 С; 3,2 Si; 8,0 Mn; 0,8 Ni; 2,5 Cu; 0,8 Al; 0,1 Mo ; 0,4 P; 0,05 Ca ; 0,015 S.

Великі ВГ (присутні у сплавах № 2, 4) створюють на поверхні зразка „остови” (до складу яких входить графіт) - менш міцні зв'язки з поверхнею зразка (у воді), ніж ВГ, які є меншими як за розмірами, так і за займаною площею.

У 3%-му розчині NaCl та 22% CuCl2 найвищою корозійною стійкістю володіють сплави, що мають найвищий вміст ВГ за площею.

У п'ятому розділі розглянуті особливості структурно-фазового складу досліджених сплавів разом з аналізом причин їх руйнування під час комплексної дії експлуатаційних факторів. Акцентовано увагу на те, що оптимізація мікроструктури є резервом для підвищення експлуатаційної стійкості деталей. Побудовано діаграми конструкційної міцності чавунів. Наведено оптимальні параметри структурних та фазових складників, які забезпечують високі експлуатаційні властивості.

Результати проведених експлуатаційних випробувань показали, що деталі, виготовлені з МЧ, мають високу стійкість впродовж тривалого періоду експлуатації промислового устаткування. Дефекти на деталях, які б привели до відмов, поломок промислового устаткування впродовж періоду запланованої експлуатації не виявлено. Перспективні шляхи підвищення експлуатаційних характеристик деталей з МЧ: під час отримання сплавів слід ретельно дотримуватись технології їх виготовлення та запобігати проникненню водню та ін. газів, що формують неметалеві включення, проведення термічної обробки сплавів, легованих карбідоутворюючими елементами, до появи дрібнодисперсних карбідів, внаслідок чого відбудеться твердодисперсне зміцнення, за необхідності зварювати деталі, виготовлені з МЧ.

ВИСНОВКИ

У дисертації наведені теоретичні та експериментальні результати, спрямовані на визначення впливу параметрів мікроструктури марганцевих чавунів (залежно від композиції легувальних елементів) на експлуатаційні властивості. Це дозволило виробити рекомендації для підвищення експлуатаційної стійкості деталей, виготовлених з цих сплавів.

1. Встановлено, що основною причиною підвищення фізико-механічних властивостей марганцевих чавунів є структурні зміни, викликані карбідоутворюючими елементами. Це проявляється у зміні природи фазових і структурних складників та у зміні їх кількісного співвідношення в сплавах. Комплексне легування викликає ефект зміцнення твердого ГЦК-розчину і зниження пластичності сплавів та зменшує їх здатність до трибоактивування під час тертя.

2. Вперше виявлено, що мікротвердість аустеніту, який входить до складу аустенітно-графітної евтектики, в 1,2-1,9 рази нижча, ніж аустеніту, що сформувався у вигляді дендритів внаслідок протікання первинної кристалізації (перерозподілу легувальних елементів - Mn та Ni). Зменшуючи ступінь евтектичності сплавів, можна підвищити їх зносостійкість. Виявлені особливості істотно впливають на механізм мікроруйнування сплавів в умовах додаткового зовнішнього навантаження.

3. Встановлено, що висока в'язкість марганцевого аустеніту в чавунах під час тертя дозволяє збільшити опір поширенню тріщин. Значення параметрів тріщиностійкості високомарганцевих чавунів такі: К1С = 36 ... 55 МПа; ДKth = 4,9...6,3 МПа; ДKfc = 35...44 МПа. Найвищою циклічною тріщиностійкістю володіють марганцеві чавуни, що мають найвищі НВ, узг, ув , з площею графітних включень до 5 %. Оптимальна довжина графітних включень 100 мкм, а ширина 1 ... 15 мкм (л = 10…12) (Sk = 10…32 %). Підвищення вмісту графітної фази до 8…12 % та збільшення довжини графітних включень до 150...350 мкм, а також товщини до 15 мкм спричиняє зниження опору руйнуванню сплавів як за статичних, так і циклічних навантажень (л = 16…20).

4. Експериментально встановлено, що зі збільшенням швидкості ковзання з 0,628 до 2,1 м/с інтенсивність зношування внаслідок утворення вторинних структур, що мають оксидне походження, знижується. Оксиди (Cr,Fe)2O3 і Fe3O4 також знайдено і в продуктах зношування.

5. Виявлено, що продукти зношування в режимі граничного тертя подрібнюються до 3 мкм, а в умовах сухого тертя (залежно від режиму) їх розміри збільшуються до 1000 мкм. З підвищенням навантаження розмір продуктів зношування зростає і змінюється їх морфологія. Під навантаженням 1,0 МПа та при швидкостях ковзання 0,63...2,1 м/с домінує плоска форма продуктів зношування (відбувається „пелюстковий” механізм відокремлення матеріалу) (розміри 3…10 мкм), а руйнування визначається субструктурою. Під навантаженнями 5,0 МПа і вищих з'являються об'ємні продукти зношування (руйнування залежить від параметрів структури і є в'язким та пластичним). Мікротріщини на продуктах зношування свідчать про їх руйнування між тілом і контртілом, що ініціюється пустотами, з яких попередньо викришився графіт.

6. Зафіксовано, що зі збільшенням вмісту графітових включень у марганцевих чавунах до 8...12 %, а також їх довжини (до 250 мкм) і ширини (10 мкм та більше) (л = 16…25) (Sk =10…36 %) пришвидшується руйнування в умовах сухого тертя. Висунуто гіпотезу, що під час схоплювання матеріалу та в патологічних умовах тертя (для сплавів, які містять 8…12 % ВГ) руйнування інтенсифікується за рахунок “слабких місць” у мікроструктурі сплавів, тобто границями графітних включень та в їх околі.

7. Додаткове легування Cr, V, Ti, Mo сприяє підвищенню опору корозії. Корозійна стійкість марганцевих чавунів за однакового базового хімічного складу визначається параметрами включень графіту, що містяться в пасивних плівках, які утворюються на поверхні та знижують інтенсивність протікання корозійних процесів. У 3%-му розчині NaCl та 22%-му CuCl2 найвищою корозійною стійкістю володіють сплави, що мають найбільший вміст ВГ.

8. Апробація в промислових умовах деталей, виготовлених з комплексно легованих залізовуглецевих марганцевих сплавів, свідчить про їх підвищену експлуатаційну стійкість, порівняно з серійними деталями, виготовленими з сірого чавуну. Це підтверджується експлуатаційними випробуваннями експериментальних втулок у ВАТ „ХК Луганськтепловоз” на токарно-колісних верстатах марки 1836Б та іншому обладнанні.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ

1. Колесников В. А. Особенности износа графитизированных марганцевых чугунов в условиях сухого трения // Вісник СНУ ім. В. Даля - 2002. - №7. - С. 232-239.

2 Балицкий А. И., Колесников В. А., Кубицки Е. Роль легирования хромом, ванадием и титаном в повышении триботехнических свойств железомарганцевых сплавов // Проблеми трибологiї (Problems of Tribology). - 2003. - № 1. - С. 94-100.

3. Balicki A., Kubicki J., Kolesnikow W. Podwyzszanie odpornosci na zuzycie scierne stopow Fe-Mn poprzez wprowadzenie wybranych dodatkow stopowych // Inzynieria materialowa. - 2003. - № 4. - S. 244-247.

4. Підвищення корозійно-механічної стійкості зварних з'єднань високо марганцевих азотистих сталей / О. І. Балицький, І. Ф. Костюк, В. О. Колесніков, П. Кохманський // Вісник СНУ ім. В. Даля - 2003. - №11. - С. 41-46.

5. Балицький О. І., Колесніков В. О. Дослідження продуктів зношування аустенітних марганцевих чавунів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004. - № 1 - С. 65-69.

6. Corrosion resistance of Cr-Mn austenitic alloys and its welded joints / A. Balitskii, I. Kоstyuk, P. Kochmanski, V. Kolesnikov, Ya. Onystchak, V. Ostaf // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2004.-Спецвипуск № 4. - Т. 1. - C. 133-136.

7. Колесников В. А. Исследование интенсивности изнашивания марганцевих чугунов в зависимости от структурно-фазового состава и нагрузочно-скоростных параметров // Вісник СНУ ім. В. Даля. - 2004. - №6. - С. 41-52.

8. Балицький О. І., Колесніков В. О., Кубіцкі Є. Тріщиностійкість марганцевих чавунів // Фіз.-хім. механіка матеріалів. - 2005. - № 1 - С. 63-68.

9. Лагута В. И., Хинчагов Г. В., Колесников В. А. Исследование формирования твердости и триботехнических свойств нирезиста // Проблеми електронної промисловості в перехідний період: Зб. наук. праць СНУ. - Луганськ. - 1998. - С. 129-132.

10. Лагута В. И., Хинчагов Г. В., Колесников В. А. Связь характеристик трения графитизированных аустенитных сплавов с их исходными внутренними параметрами // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. праць. - Луганськ: Вид-во СНУ, - 2001. - С. 230-238.

11. Колесников В. А. Особенности формирования структурной микронеоднородности высокомарганцевых чугунов // Ресурсозбiгаючі технології виробництва та обробки тиском матерiалiв у машинобудуваннi: Зб. наук. праць. - Ч. 2.- Матеріалознавство. - Луганськ: Вид-во СНУ. - 2003. - С. 78-84.

12. Балицкий А. И., Колесников В. А. Трещиностойкость марганцевых чугунов. Часть 1. Статическая трещиностойкость // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. праць. - Луганськ: Вид-во СНУ. - 2004. -Ч. 2. - С. 100 - 107.

13. Балицкий А. И., Колесников В. А. Трещиностойкость марганцевых чугунов. Часть 2. Циклическая трещиностойкость // Ресурсозберігаючі технології виробництва та обробки тиском матеріалів у машинобудуванні: Зб. наук. праць. - Луганськ: Вид-во СНУ. - 2004. - Ч. 2. - С. 108-115.

14. Crack resistance of hign-nitrogen Cr-Mn austenitic steels welded joints / A. Balitskii, M. Diener, M. Harzenmoser, I. Kоstyuk, P. Kochmanski, V. Kolesnikov, V. Ostaf // Механіка руйнування матеріалів і міцність конструкцій / Під заг. ред. В. В. Панасюка. - Львів: Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України. - 2004. - C. 647-652.

15. Hydrogen induced changes of physical and mechanical properties of materials for power generation and transport equipment / A. I. Balitskii, I. F. Kоstyuk, P. Kochmanski, V. Kolesnikov, J. Kubicki, A. H. Medvid // Hydrogen Treatment of Materials (Proceedings of Fourth International Conference). - Donetsk, 2004. - P. 508-512.

16. Балицький О., Колесніков В., Кубіцкі Є. Залізовуглецеві сплави високого легування марганцем - перспективний матеріал для деталей залізничного транспорту, що працюють в умовах зношування // Промисловий та туристичний транспорт. - Львів: Каменяр. - 2003. - Вип. 2. - С. 57-63.

17. Балицкий А. И., Колесников В. А., Кубицки Е. Способность к упрочнению марганцевых чугунов как резерв повышения эксплуатационной стойкости для деталей железнодорожного транспорта // Промисловий та туристичний транспорт. - Львів: Каменяр. - 2004. - Вип. 3. - С. 36-46.

18. Лагута В. И., Колесников В. А., Хинчагов Г. В. Повышение износостойкости высокомарганцевых чугунов за счет дополнительного легирования // Зб. наук. праць СНУ. - Луганськ, 2001. - С. 107.

19. Лагута В. И., Колесников В. А., Хинчагов Г. В. Износофрикционные свойства высокомарганцевых графитизированных чугунов // Тез. докл. Междунар. конф. “Проблемы создания новых машин и технологий”. - Луганск, 2001. - С. 41-42.

20. Высокомарганцевые аустенитные чугуны как материал для антифрикционных пар трения / В.И. Лагута, В. А. Колесников, Г. В. Хинчагов, А. П. Семенко // Зб. наук. праць СНУ - Луганськ. - 2002. - Ч. II. - С. 63.

21. Колесников В. А. Анализ разрушения поверхностных слоев аустенитных марганцевых чугунов в условиях трения скольжения // Зб. наук. праць СНУ - Луганськ. - 2002. - Ч. II. - С. 64.

22. Неоднорілність механічних та електрохімічних характеристик зварних з'єднань хромомарганцевих сплавів / О. Балицький, І. Костюк, П. охманський, В. Остаф, В. Колесніков // Тези доп. Шостого міжнар. симп. українських інженерів-механіків у Львові. - Львів, 21-23 травня 2003. - С. 134-135.

23. Колесников В. А. Железоуглеродистые сплавы высокого легирования марганцем - перспективные материалы для промышленности региона // Зб. наук. праць СНУ. - Луганськ. - 2003. -Ч. II. - С. 156-157.

АНОТАЦІЯ

Колесніков В. О. Підвищення експлуатаційних властивостей аустенітних марганцевих чавунів легуванням карбідоутворюючими елементами. - Рукопис. Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук зі спеціальності 05.02.01 - матеріалознавство. - Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка НАН України, Львів, 2005.

Дисертація присвячена дослідженню взаємозв'язку між параметрами структури Fe-C-Mn сплавів (легованих карбідоутворюючими елементами) та їх експлуатаційними властивостями (в умовах тертя ковзання (як граничного, так і сухого) за різних навантажень та швидкісних параметрів, а також дії від корозійних середовищ.

У роботі статистично і аналітично проаналізовано отримані експериментальні дані, а також результати експлуатаційних випробувань. Одержано адекватні математичні вирази у вигляді поліномів, що описують вплив варійованих легувальних елементів на механічні і триботехнічні властивості сплавів.

Випробовували зразки, виготовлені з Fe-C-Mn сплавів, у діапазоні навантажень 1,0…6,0 МПа і швидкостей ковзання 0,628…2,1 м/с в умовах граничного (олива И-20А) і сухого тертя, а також, для порівняння із бронз БрАЖ9-4, БрОФ6,5-0,4 та чавуну ЧН15ДХ2. Встановлено, що досліджувані сплави як в умовах сухого, так і граничного тертя не поступаються, а у визначеному діапазоні навантажувально-швидкісних характеристик перевершують зносостійкість вказаних вище сплавів. Встановлено, що період інтенсивного схоплювання у марганцевих чавунів (олива И-20А) наступає при Р = 7,8…11,0 МПа і швидкості ковзання 0,628 м/с.

Досліджено продукти зношування та шари матеріалу, що розташовані безпосередньо біля зони тертя. Це дозволило висунути гіпотези про закономірності руйнування цих сплавів в умовах тертя ковзання з урахуванням впливу структурно-фазового складу і навантажувально-швидкісних параметрів.

На основі результатів лабораторних і експлуатаційних випробувань запропоновано конкретні рекомендації про структуру і властивості, якими повинен володіти сплав (у деталі) для досягнення високої зносостійкості у визначеному діапазоні навантажувально-швидкісних параметрів з урахуванням умов тертя ковзання.

Ключові слова: марганцеві чавуни, аустеніт, тріщиностійкість, корозійна стійкість, зносостійкість, продукти зношування, експлуатаційна стійкість.

Колесников В. А. Повышение эксплуатационных свойств аустенитных марганцевых чугунов легированием карбидообразующими элементами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.02.01 - материаловедение. - Физико-механический институт им. Г. В. Карпенко НАН Украины, Львов, 2005.

Диссертация посвящена исследованию взаимосвязи между параметрами структуры марганцевых чугунов и их эксплуатационными свойствами (в условиях трения скольжения как сухого, так и граничного (среда масло И-20А) трения) при различных нагрузочно-скоростных параметрах и в коррозионных средах.

Исследованы физико-механические свойства легированных марганцевых чугунов. Для сплавов, содержащих 11-12% Mn, выявлена разница в микротвердости аустенита в 1,2...1,9 раза, который входит в состав дендритов и аустенитно-графитной эвтектики, что объясняется как особенностями протекания первичной кристаллизации, так и распределением Mn и Ni.

При исследовании трещиностойкости получены следующие результаты: К1С = 44...55 МПа, ДКth = 4,9...6,3 МПа, ДКfc = 36...44 МПа. Выполнены статистический и аналитический анализы экспериментальных данных, а также результатов эксплуатационных испытаний. Получены адекватные математические выражения в виде полиномов, которые описывают влияние варьируемых легирующих элементов на механические и триботехнические свойства сплавов.

Испытывали в диапазоне нагрузок 1,0…6,0 МПа и скоростей скольжения 0,628…2,1 м/с в условиях граничного и сухого трения для сравнения образцы из бронз БрАЖМц, БрОФ 6,5 - 0,4 и чугунов ЧН15ДХ2, СЧ 20.

Исследованы продукты износа, поверхности трения, а также слои материала, расположенные непосредственно вблизи зоны трения. Выявлено, что в условиях трения скольжения, начиная с P = 2,5 МПа, происходит упрочнение поверхностных и подповерхностных слоев зоны трения на глубину до 0,15 мм. При увеличении скорости скольжения от 0,628 до 2,1 м/с на поверхностях трения образуются вторичные структуры, включающие оксиды (Cr,Fe)2O3 и Fe3O4, что приводит к снижению интенсивности износа.

Форма продуктов износа (при Р = 1,0…2,0 МПа, V = 0,628...2,1 м/с) в основном плоская, что свидетельствует о “лепестковом” характере отделения материала. Средние размеры продуктов износа 3…10 мкм, наиболее типичных 20…30 мкм, крупных 65 мкм. Увеличение нагрузки сопровождается изменением как морфологии, так и их размеров. В условиях схватывания продукты износа имеют линейные размеры 1000 мкм и более. Это позволило выдвинуть гипотезу о том, что в условиях схватывания при разрушении материала магистральная трещина может распространяться между включением графита и металлической матрицей.

Выявлено, что наибольшей износостойкостью, коррозионной стойкостью и трещиностойкостью обладают сплавы, содержащие 8…12% Mn, дополнительно экономно легированные Cr, V, Ti, Mo. Повышенными эксплуатационными характеристиками обладают сплавы с аустенитной металлической матрицей (250-300 НВ), в которой равномерно распределены карбиды (TiC, VC (Fe, Me)7C3, (Сr, Fe, V)23C6 , (Сr, Fe)7C3,) размером 10…50 мкм (что позволяет соблюдать принцип Шарпи в условиях трения), занимающие площадь 10…36% , содержащие 1…4 % (по площади) включений графита (длиной 10…50 мкм).

Ключевые слова: марганцевые чугуны, аустенит, трещиностойкость, износостойкость, продукты износа, коррозионная стойкость, эксплуатационная стойкость. Annotation

Kolesnikov V. A. Increasing of operational properties of austenitic manganese cast iron by alloying of carbide creating elements. - Manuscript.

Thesis for a Degree of Candidate of Science (Engineering) in speciality 05.02.01 - Material Science. - G.V. Karpenko Physico-Mechanical Institute of the National Academy of Science of Ukraine, Lviv, 2005.

Thesis is devoted to investigation of the interaction between the parameters of structure and properties of Fe-C-Mn alloys (perspective materials for the friction knots) on their operating firmness in the conditions of sliding friction (maximum dry) at the different loading and speed parameters.

It was carried out executed statistical and analytical analyses of the obtained experimental data and also results of the operational tests. The adequate mathematical models (polynomial) describe the influence of the varied alloying elements on mechanical and tribo-technical properties of alloys. It was carried out cоrelations of the analysis between structure and intensity of fracture in the conditions of crack growth resistance, corrosion resistance and wear resistance. Crack growth resistance experimental data: К1С = 44…55 МРа, ДКth = 4,6…6,3 МPа, ДКfc = 36…50 МРа.

It was carried out comparative tests of samples made from Fe-C-Mn alloys (ЧН15ДХ2 and grey cast-iron СЧ 20), bronze (БрАЖМц, БрОФ 6,5-0,4) in a loadings range 1,0….6,0 МPа and sliding speeds 0,628….2,1 m/s in the conditions of boundary and dry friction. It was established, that alloys in the conditions of dry and boundary friction do not be highly competitive and in some range of loading-speed characteristics surpass on wear resistance alloys. It is established, that the period of intensive coupler at manganese cast iron comes at loadings of Р = 7,8…11,0 МPа and speeds of sliding of 0,628 m/s.

Investigation of wear products, friction surfaces was glowed on the material, which located directly near a zone of friction and has allowed to established the basic laws of fracture of the alloys in conditions of friction sliding (take to account the influence of structural - phase and loading-speed parameters). It was established, that increase of hardness and change of structural-phase structure of the investigated alloys in conditions of dry friction at constant loading and high-speed modes can be accompanied by reduction of intensity of wear process, that is transition from pathological modes of destruction of a material to a normal operating mode wear process.

On the basis of results of laboratory and in-service tests it was given the recommendations for structure and properties, what the alloy (in tools) must achieve for high wear resistance in the certain range of loading-speed parameters should own in view of friction sliding.

Keywords: Manganese cast-iron, austenite, crack growth resistance, wear resistance, wear products, corrosion resistance, operational stability.

Размещено на Allbest.ru

...