Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов

Целью настоящего исследования явилось дальнейшее изучение и анализ фазово-структурных превращений в системе Fe-Cr-C. Показано, что литые хромомарганцовистые сплавы с колониальной эвтектикой на основе карбида Ме7С3 характеризуются высоким уровнем ударно-абразивной износостойкости, определяющим перспе...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2009
Hauptverfasser:	Левченко, Г.В., Нестеренко, А.М., Плюта, В.Л., Бобырь, С.В., Грушко, П.Д., Касьян, О.С.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України 2009
Schriftenreihe:	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
Schlagworte:	Металловедение и материаловедение
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62945
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов / Г.В. Левченко, А.М. Нестеренко, В.Л. Плюта, С.В. Бобырь, П.Д. Грушко, О.С. Касьян // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 289-294. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-62945
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-629452014-05-29T03:01:35Z Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов Левченко, Г.В. Нестеренко, А.М. Плюта, В.Л. Бобырь, С.В. Грушко, П.Д. Касьян, О.С. Металловедение и материаловедение Целью настоящего исследования явилось дальнейшее изучение и анализ фазово-структурных превращений в системе Fe-Cr-C. Показано, что литые хромомарганцовистые сплавы с колониальной эвтектикой на основе карбида Ме7С3 характеризуются высоким уровнем ударно-абразивной износостойкости, определяющим перспективность их использования для изготовления износостойких деталей сменного металлургического оборудования. Метою дослідження є подальше вивчення та аналіз фазово-структурних перетворень у системі Fe-Cr-C. Показано, що литі хромомарганцеві сплави з колоніальною евтектикою на основі карбіду Ме7С3 характеризуються високим рівнем ударно-абразивної зносостійкості, що визначє перспективність їх використання для виготовлення зносостійких деталей змінного металургійного устаткування. The purpose of the research is further studying and analysis of phase-structural transformations in the system Fe-Cr-C. It is shown, that cast chrome-manganous alloys with colonial eutectic on the basis of carbide Ме7С3 are characterised by the high level of great impact-abrasive wear resistance defining availability of their use for manufacturing of wear-proof details of the replaceable metallurgical equipment. 2009 Article Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов / Г.В. Левченко, А.М. Нестеренко, В.Л. Плюта, С.В. Бобырь, П.Д. Грушко, О.С. Касьян // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 289-294. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. XXXX-0070 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62945 669.15’26’74-194:669.15’74-194:620.18.001.5 ru Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
topic	Металловедение и материаловедение Металловедение и материаловедение
spellingShingle	Металловедение и материаловедение Металловедение и материаловедение Левченко, Г.В. Нестеренко, А.М. Плюта, В.Л. Бобырь, С.В. Грушко, П.Д. Касьян, О.С. Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
description	Целью настоящего исследования явилось дальнейшее изучение и анализ фазово-структурных превращений в системе Fe-Cr-C. Показано, что литые хромомарганцовистые сплавы с колониальной эвтектикой на основе карбида Ме7С3 характеризуются высоким уровнем ударно-абразивной износостойкости, определяющим перспективность их использования для изготовления износостойких деталей сменного металлургического оборудования.
format	Article
author	Левченко, Г.В. Нестеренко, А.М. Плюта, В.Л. Бобырь, С.В. Грушко, П.Д. Касьян, О.С.
author_facet	Левченко, Г.В. Нестеренко, А.М. Плюта, В.Л. Бобырь, С.В. Грушко, П.Д. Касьян, О.С.
author_sort	Левченко, Г.В.
title	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов
title_short	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов
title_full	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов
title_fullStr	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов
title_full_unstemmed	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов
title_sort	исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов
publisher	Інститут чорної металургії ім. З.І. Некрасова НАН України
publishDate	2009
topic_facet	Металловедение и материаловедение
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/62945
citation_txt	Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов / Г.В. Левченко, А.М. Нестеренко, В.Л. Плюта, С.В. Бобырь, П.Д. Грушко, О.С. Касьян // Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии: Сб. научн. тр. — Дніпропетровськ.: ІЧМ НАН України, 2009. — Вип. 19. — С. 289-294. — Бібліогр.: 9 назв. — рос.
series	Фундаментальные и прикладные проблемы черной металлургии
work_keys_str_mv	AT levčenkogv issledovanielitojstrukturymargancovistyhihromomargancovistyhželezouglerodistyhsplavov AT nesterenkoam issledovanielitojstrukturymargancovistyhihromomargancovistyhželezouglerodistyhsplavov AT plûtavl issledovanielitojstrukturymargancovistyhihromomargancovistyhželezouglerodistyhsplavov AT bobyrʹsv issledovanielitojstrukturymargancovistyhihromomargancovistyhželezouglerodistyhsplavov AT gruškopd issledovanielitojstrukturymargancovistyhihromomargancovistyhželezouglerodistyhsplavov AT kasʹânos issledovanielitojstrukturymargancovistyhihromomargancovistyhželezouglerodistyhsplavov
first_indexed	2025-07-05T13:49:21Z
last_indexed	2025-07-05T13:49:21Z
_version_	1836815075181068288
fulltext	289 УДК 669.15’26’74-194:669.15’74-194:620.18.001.5 Г.В.Левченко, А.М.Нестеренко, В.Л.Плюта, С.В.Бобырь, П.Д.Грушко, О.С.Касьян ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИТОЙ СТРУКТУРЫ МАРГАНЦОВИСТЫХ И ХРОМОМАРГАНЦОВИСТЫХ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ Целью настоящего исследования явилось дальнейшее изучение и анализ фа- зово-структурных превращений в системе Fe-Cr-C. Показано, что литые хромо- марганцовистые сплавы с колониальной эвтектикой на основе карбида Ме7С3 ха- рактеризуются высоким уровнем ударно-абразивной износостойкости, опреде- ляющим перспективность их использования для изготовления износостойких де- талей сменного металлургического оборудования. хромомарганцовистые сплавы, фазово-структурные превращения, удар- но-абразивная износостойкость, перспективы Введение. Известно [1,2], что материалы, используемые для изготов- ления целого ряда деталей сменного металлургического оборудования, которые эксплуатируются в сложных условиях контактного взаимодейст- вия с движущимися массивами высокотвердых частиц, теплосмен и агрес- сивных сред, должны характеризоваться высоким уровнем механических свойств, твердости, коррозионной стойкости, абразивной и ударно- абразивной износостойкости. Несмотря на достаточно широкое примене- ние для изготовления деталей сменного металлургического оборудования марганцовистых сталей и сплавов, таких как 65Г, 75Г2 (и ее модифика- ции), сталь Гадфильда 110Г13Л и др. [3], их эксплуатационные характе- ристики являются очень низкими прежде всего по той причине, что они не обладают требуемым уровнем абразивной и ударно-абразивной износо- стойкости. Помимо этого сталь Гадфильда и ее модификации 110Г13Х2БРЛ, 110Г13ФТЛ, 130Г14ХМФАЛ, 120Г10ФЛ, применяемые для деталей сменного металлургического оборудования, содержат боль- шое количество марганца и других легирующих элементов, что сущест- венно повышает их стоимость. Поэтому актуальной задачей современного материаловедения являет- ся разработка новых экономнолегированных сплавов, имеющих более высокие эксплуатационные свойства и более низкую стоимость, чем пе- речисленные стали и сплавы. Состояние вопроса. Создание гаммы хромистых сталей и чугунов (Х12, Х12М, 30-40Х13, Х12Ф1, Х12МФ, ИЧХ30НМ, ИЧ300Х28Н2, ИЧ280Х12М и др.) в 60-80-х годах прошлого столетия основывалась на представлениях о том, что свойственные им показатели высокой абразив- ной износостойкости обусловлены наличием в их структуре высокотвер- дых карбидов типа Ме7С3. Согласно [4], микротвердость карбидов (Cr,Fe)7C3 составляет 12000 – 15000 МПа, тогда как для карбидов цемен- титного типа Fe3C или (Cr,Fe)3C ее значения ниже – на уровне 8000 – 290 11000 МПа. Несмотря на достаточно широкое распространение сплавов системы Fe-Cr-C как базовых для изготовления деталей, работающих в условиях интенсивного абразивного износа, их существенным недостат- ком остается высокая хрупкость при ударном нагружении [4]. Наиболее детальный анализ фазово-структурных превращений в сис- теме Fe-Cr-C был проведен Джексоном [5]. Как следует из предложенных пространственных моделей превращений в указанной системе, образова- ние карбида (Cr,Fe)7C3 в сплавах Fe-Cr-C, содержащих примерно от 0,5 до 3,0 % (по массе) углерода, возможно при содержании хрома в этих спла- вах на уровне свыше 12%. Из представленных в [6, 7] данных по анализу структрообразования в сплавах системы Fe-Mn-C с 5,0 - 20,0% Mn в кон- центрационном поле изменения содержания углерода от 0% до 8% (по массе) наряду с аустенитом и ферритом наблюдается образование только одной карбидной фазы – цементита (Fe,Mn)3C. Высокотвердый карбид (Mn,Fe)7C3, несмотря на его изоморфизм с карбидом Cr7C3 [8], даже при повышенных содержаниях Mn вплоть до 20% в исследованных в [6, 7] сплавах системы Fe-Mn-C и в приведенных выше марганцовистых спла- вах, применяемых для изготовления деталей сменного металлургического оборудования, не образуется. Целью настоящего исследования явилось дальнейшее изучение и анализ фазово-структурных превращений в системе Fe-Cr-C. Постановка задачи. В связи с вышеизложенным проведен комплекс исследований, направленных на получение экономнолегированных хро- момарганцевых сплавов, в структуре которых при минимизированном содержании Cr, в результате установившейся системы фазовых превра- щений достигается образование в достаточном объеме высокотвердого карбида типа Ме7С3 как в виде отдельной структурной составляющей, так и в виде колониальной составляющей тонкодифференцированной эвтек- тики аустенит (перлит после γ→α- превращения) - Ме7С3 [9]. Методика исследования. Методами микроструктурного и рентгено- графического анализов, а также испытаниями на ударно-абразивную из- носостойкость исследовали образцы литых сплавов систем Fe-Mn-C и Fe- Mn-Cr-C c минимизированным содержанием Si, вводимым для раскисле- ния. Данные по химическому составу образцов исследованных сплавов представлены в табл.1. Результаты исследований. Данные микроструктурного и рентгено- дифрактометрического анализов показали, что кристаллизационная структура исследованных Fe-C сплавов по мере увеличения содержания Mn существенно изменяется. Так, в Fe-C сплаве без Mn основными струк- турными составляющими являются перлит (матрица сплава), протяжен- ные иглообразные выделения кристаллов цементита Fe3C и, в незначи- тельном количестве, округлые включения графита в участках остаточного аустенита (рис.1а). 291 При кристаллизации сплава №2 с 2,15% Mn формируется совсем иная, типичная для так называемых «белых» чугунов [4,9] структура, которая состоит из дендритов аустенита, превращающихся затем в перлит при последующем γ→α – фазовом переходе, и образовавшихся в междувет- виях этих дендритов на последних этапах затвердевания отливок колоний ледебурита (рис.1б). Таблица 1. Химический состав и показатели ударно-абразивной износо- стойкости образцов исследуемых сплавов. Массовая доля элементов, % № сплава С Si Mn Cr Относительная потеря массы, % 1 2,19 0,67 - - 0,26 2 2,06 0,56 2,15 - 0,31 3 2,01 0,51 3,89 - 0,26 4 2,04 0,49 7,06 - 0,28 5 2,02 0,67 4,25 3,88 0,25 6 2,10 0,63 3,56 7,00 0,20 а б в Рис. 1. Микроструктура литых спла- вов № 1 (а) × 200, № 2 (б) × 500 и № 3 (в) × 500. Выделившиеся из аустенита кристаллы «вторичного» цементита в сплаве № 2 с 2,15% Mn, как и в случае сплава Fe-C без Mn, имеют иголь- чатое строение (рис. 1б). При повышении содержания Mn до 3,89% (сплав 292 № 3) общая структура не претерпевает изменений (рис.1в). Однако при этом, вследствие повышения устойчивости, значительное количество ау- стенита (примерно до 50%) остается непревращенным после охлаждения отливок до комнатной температуры и структура дендритной матрицы это- го сплава становится аустенито-перлитной (рис. 1в). В сплаве № 4 с 7,06% Mn несколько увеличивается количество ледебуритной составляющей, а объемная доля аустенита в конечной структуре возрастает примерно до 70%. Из приведенных данных следует, что в исследованных сплавах Fe- Mn-C при содержаниях С 2,01-2,06% и Mn от 2,15 до 7,06% высокотвер- дые карбиды типа (Mn,Fe)7C3 или же эвтектики на его основе не образу- ются. В то же время в сплавах системы Fe-Mn-Cr-C (табл. 1), как установле- но в результате проведенного анализа, при определенном соотношении концентраций Mn и Cr, возможна реализация эвтектического превраще- ния Ж→А+Ме7С3, т.е., образование эвтектики на основе карбида Ме7С3. Как следует из рис. 2а, указанные эвтектики с колониальным строением образуются при затвердевании отливок в междуветвиях дендритов аусте- нита, превращающегося впоследствии в результате γ→α - превращения в перлит. Данные микрорентгеноспектрального анализа, проведенного с помощью растрового электронного микроскопа EVO-50 XVP с энерго- дисперсионной приставкой INKA ENERDGY - 450 (совместная разработ- ка фирм «Карл Цейсс», Германия, и «Оксфорд Инструментс», Великобри- тания), свидетельствует о том, что кристаллы карбидной фазы характери- зуются свойственным карбиду Ме7С3 повышенным содержанием С и Cr (рис. 2б, табл. 2). Таблица 2. Содержание элементов в карбидной фазе сплава № 6. Спектр C Si P S Ti Cr Mn Fe Итого Спектр 1 9,86 0,16 0,00 0,04 0,01 28,17 6,35 55,41 100,00 Спектр 2 6,79 0,49 0,11 0,01 0,00 15,01 5,41 72,18 100,00 На дифрактограмме этого сплава наряду с интерференциями феррита отчетливо выявляются интерференции, позволяющие однозначно интер- претировать карбидную фазу в сплаве № 6 (табл. 1), структурную состав- ляющую колониальных эвтектик, как карбид Ме7С3 (рис. 3). Проведенные испытания образцов на ударно-абразивный износ пока- зали, что наиболее высокую стойкость при данном виде испытаний имеет сплав № 6 (табл.1), имеющий в качестве структурной составляющей опи- санную выше эвтектику на основе карбида Ме7С3. Заключение. Данные проведенных исследований свидетельствуют о перспективности использования экономнолегированных хромомарганце- вых сплавов для изготовления деталей сменного металлургического обо- рудования, эксплуатирующихся в условиях абразивного и ударно- абразивного износа. 293 Установлено, что при кристаллизации отливок из хромомарганцови- стых сплавов системы Fe-Mn-Cr-C при концентрациях С, Mn и Cr на уровне 2,10%, 3,56% и 7,00%, соответственно, возможна реализация эв- тектического превращения Ж→А+Ме7С3, т. е., образование эвтектики на основе карбида Ме7С3. а б Рис. 2. Микроструктура сплава № 6 (а) × 800, (б) × 3000. Рис. 3. Дифрактограмма хромомарганцовистого сплава № 6 (монохроматизиро- ванное излучение CuKα). Показано, что литой хромомарганцовистый сплав системы Fe-Mn-Cr- C с эвтектикой на основе карбида Ме7С3 характеризуется высоким уров- нем ударно-абразивной износостойкости, определяющим перспектив- ность сплавов такого типа для изготовления деталей сменного металлур- гического оборудования. 2θ, град. И нт ен си вн ос ть д иф ра ги ро ва нн ог о ре нт ге но вс ко го и зл уч ен ия , и мп ./с ек . 57 77 97 11737 294 1. Меськин В.С. Основы легирования стали. – М.: Металлургия, 1964. – 684с. 2. Костецкий Б.И. Поверхностная прочность материалов при трении. – Киев: Техника, 1976. – 293с. 3. Соколов О.Г., Кацов К.Б. Железомарганцевые сплавы. - Киев: Наукова думка, 1982. - 212 с. 4. Гарбер М.Е. Отливки из белых износостойких чугунов. // М.: Машинострое- ние, 1972. - 112с. 5. Jackson R.S. The austenite liquidus surface and constitutional diagram for the Fe – Cr – C metastable system. // J. Iron and Steel Inst., 1970. – 208.-№ 2. –С.163–167. 6. Шевчук Л.А., Дудецкая Л.Р., Ткачева В.А. Фазовые равновесия в системе Fe – C – Mn. // Литейное производство, 1976. - № 2. - С.7–8. 7. Богачев И.Н., Еголаев В.Ф. Структура и свойства железомарганцевых сплавов. // М.: Металлургия, 1973. – 295с. 8. Гольдшмидт Х. Дж. Сплавы внедрения. – М.: Мир, 1971. – 424с 9. Таран Ю.Н., Мазур В.И. Структура эвтектических сплавов. // М.: Металлур- гия, 1978. – 312с. Статья рекомендована к печати: Заместитель ответственного редактора раздела «Металловедение и материаловедение» докт.техн.наук, проф. Э.В.Приходько рецензент канд.техн.наук М.Ф.Евсюков Г.В.Левченко, А.М.Нестеренко, В.Л.Плюта, С.В.Бобирь, П.Д.Грушко, О.С.Касьян Дослідження литої структури марганцевих і хромомарганцевих залізову- глецевих сплавів Метою дослідження є подальше вивчення та аналіз фазово-структурних пере- творень у системі Fe-Cr-C. Показано, що литі хромомарганцеві сплави з колоніа- льною евтектикою на основі карбіду Ме7С3 характеризуються високим рівнем ударно-абразивної зносостійкості, що визначє перспективність їх використання для виготовлення зносостійких деталей змінного металургійного устаткування.

Исследование литой структуры марганцовистых и хромомарганцовистых железоуглеродистых сплавов

Institution

Ähnliche Einträge