Научные разработки (сплавы)

Новые сплавы защищены авторскими свидетельствами и патентами на изобретения. Они могут поставляться заказчикам в виде унифицированных заготовок различных размеров и формы, фасонных отливок, готовых деталей развесом от десятков граммов до сотен килограммов.

Возможны и другие формы сотрудничества с заинтересованными организациями и предпринимателями, включая совместное производство, лицензионное соглашение, продажу «ноу-хау» и др.

отличаются повышенной прочностью (s_в до 700 МПа) и износостойкостью при невысокой твердости (183–255 НВ) и хорошей обрабатываемости резанием, пониженным коэффициентом трения, способностью работать в условиях ограниченной смазки, при повышенных давлениях и скоростях скольжения. Некоторые из этих чугунов используются в качестве заменителей бронзы.

Изделия из новых антифрикционных чугунов могут быть изготовлены различными методами литья с последующей механической, а в некоторых случаях и термической обработкой. Как показали результаты производственных испытаний, они имеют высокую стойкость, в 1,5–5 раз превышающую стойкость деталей, изготовленных из традиционных материалов.

предназначены для изготовления изделий методами литья (в земляные и металлические формы, в оболочковые формы, по выплавляемым и газифицируемым моделям), горячей обработкой давлением, а также наплавкой изнашиваемых поверхностей деталей. Некоторые из разработанных чугунов могут самозакаливаться в процессе изготовления изделий и не требуют упрочняющей термической обработки.

Износостойкие детали из новых чугунов (зубья ковшей экскаваторов, ножи шнеков шнекороторных экскаваторов, клинья трикотажных машин, дробеметные лопатки, детали дробилок, смесителей, насосов, штампов и др.) показали высокую стойкость, в 2–7 раз превышающую стойкость деталей, изготовленных из традиционных материалов.

предназначены для изготовления литого металлорежущего, деревообрабатывающего и деформирующего инструмента и являются аналогами быстрорежущих сталей, но отличаются от них более экономным легированием, лучшими литейными свойствами и повышенной износостойкостью. Стойкость металлорежущего инструмента из этих сплавов на 10-40% выше, чем из стали Р6М5.

Литой инструмент из новых сплавов можно получать различными методами литья, в том числе и точными. Он отличается от обычного инструмента меньшей трудоемкостью изготовления и пониженной себестоимостью (на 20-30%).

экономно легированы комплексом элементов, обеспечивающим формирование в отливках гетерогенной композиционной структуры с наличием в ней регулируемого количества свободных карбидов, особой структуры матричной составляющей и дополнительных фаз, обеспечивающих высокую износостойкость и надежную работу деталей в наиболее тяжелых условиях трения.

Половинчатые чугуны отличаются высокой прочностью, повышенной твердостью (269-321 НВ), высокой износостойкостью и пониженным коэффициентом трения в условиях работы деталей с ограниченной смазкой.

Изделия из половинчатых чугунов могут быть изготовлены точными методами литья. Испытания опытных партий деталей (втулок и колец, деталей прессующих узлов машин для литья под давлением, деталей стеклоформ и др.) показали их высокую стойкость, в 2-7 раз превышающую стойкость деталей, изготовленных из традиционных материалов.

предназначены для изготовления ответственных и тяжело нагруженных деталей машин, экономно легированы комплексом элементов (марганцем, хромом, кремнием, ванадием, титаном, алюминием в различных сочетаниях). Отливки из этих сталей после термической обработки (нормализации или улучшения) обладают высокими механическими свойствами (прочностью, пластичностью, ударной вязкостью) при хорошей хладостойкости, свариваемости и регулируемой прокаливаемости.

Такие стали могут быть использованы для изготовления деталей транспортных машин (в том числе и железнодорожного транспорта), экскаваторов, в сварно-литых конструкциях и т.д.

Механические свойства: при растяжении s_В = 400-800 МПа (в зависимости от химического состава и структуры); при изгибе s_изг = 600-1000 МПа; при сжатии s_сж = 2000-3000 МПа;.модуль упругости Е = 200-210 ГПа;

Твердость 40-67 HRC (в зависимости от химического состава и вида термической обработки), в рабочем состоянии чаще всего 63-66 HRC.

Теплопроводность при 20-200⁰С 14-15 Вт/(м*К),

при 450⁰С 18-19 Вт/(м*К).

Коэффициент теплового расширения, при 20-400⁰С a*10^-6 = 2-18 К^-1

Коэффициент абразивной износостойкости К_изн.

Сплав	Кизн.
Сталь 20	1,0
Нихард	4,0
ИЧ290Х12М	8,0
Твердые сплавы ВК8-ВК20	13 -15
КЛБЧ	8,5-10,2

Механические свойства:

при растяжении s_В= 500-800 МПа; s_0,2 = 350-550 МПа; относительное удлинение d = 1-5 %;

при изгибе s_изг = 1000-1200 МПа; при сжатии s_сж = 1800-2100 МПа;.

модуль упругости Е = 170-180 ГПа; ударная вязкость КС = 15-25 Дж/см².

Твердость 180-260 НВ.

Коэффициент выносливости К_f = s_-1/s_В = 0,37-0,40.

Теплопроводность при 100⁰С 40-50 Вт/(м*К).

Коэффициент теплового расширения при 100-700⁰С a*10^-6 = 13-16 К^-1,

в аустенитном состоянии (при 750-800⁰С и выше) 33-34 К^-1.

Коэффициент трения: со смазкой 0,004-0,010, без смазки 0,10-0,60.

Предельные параметры работоспособности: P* = 20 МПа, V* = 10 м/с,

(PV)* = 50 МПа∙м/с.

Механические свойства: при растяжении s_В = 400-1200 МПа (в зависимости от химического состава и структуры); при изгибе s_изг = 600-1200 МПа; при сжатии s_сж = 1600-2500 МПа; модуль упругости Е = 180-200 ГПа;

Твердость 25-62 HRC (в зависимости от химического состава и вида термической обработки).

Теплопроводность при 20-200⁰С 25-30 Вт/(м_·К).

Коэффициент теплового расширения при 20-400⁰С a*10^-6 = 12-15 К^-1 .

По износостойкости в условиях трения превосходят все известные сплавы.

По абразивной износостойкости близки к белым износостойким чугунам.

Проведенные исследования показали, что рациональное комплексное легирова­ние антифрикционных чугунов с использованием повышенного количества меди обеспечивает бла­гоприятные изменения в их структуре и свойствах. Это позволяет существенно повысить работоспособность трущихся де­талей в наиболее жестких условиях огра­ниченной смазки при больших удельных нагрузках и повышенных скоростях скольжения (т.е. при больших значени­ях удельной мощности трения). Разработанные анти­фрикционные чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом прошли лабора­торные и промышленные испытания и в настоящее время приняты к использова­нию в производстве на нескольких брян­ских заводах.

Приведены классификация половинчатых чугунов, краткая характеристика каждого вида чугунов с особенностями их микроструктуры, свойств и способов получения. Показано, что наиболее высокими механическими и эксплуатационными свойствами обладают комплексно-легированные половинчатые чугуны с композиционной структурой.

Приведены результаты исследований нескольких видов легированных белых чугунов с особой микроструктурой, морфология которых обеспечивает значительный эффект композиционного упрочнения. В основном эти чугуны имеют ненаправленную композиционную эвтектическую или квазиэвтектическую структуру с упрочнением карбидными волокнами или зернистыми включениями карбидов. Получение таких структур обеспечено различными методами воздействия на чугун, например, за счет благоприятных термокинетических условий структурообразования, легирования, термической обработки, пластической деформации или сочетания этих методов. Приведено описание характерных особенностей таких структур и свойств белых чугунов с этими структурами.

Исследованы триботехнические свойства чугуна АЧВ-М при различных условиях нагружения и скоростях скольжения. Определен рациональный химический состав чугуна и подтверждено, что чугун такого состава по своим триботехническим свойствам заметно превосходит стандартные марки антифрикционных чугунов и может быть использован для изготовления деталей, работающих в узлах трения при особо тяжелых условиях.

Стабильно-половинчатые чугуны, в противоположность обычным половинчатым чугунам, характеризуются более или менее постоянным отношением между графитизированной и неграфитизированной частями структуры. На это отношение влияют как внешние факторы (степень перегрева расплава, скорость охлаждения, влажность формы и др.), так и, в большей степени, внутренние факторы (химический состав), которые определяют характер структурообразования чугуна. В этой статье рассмотрены некоторые особенности такого влияния. Развиваемая авторами теория направленного формирования структуры половинчатых чугунов позволяет решать многие практические вопросы их получения и применения.

Приведены классификация половинчатых чугунов, краткая характеристика каждого вида чугунов с особенностями их микроструктуры, свойств и способов получения. Показано, что наиболее высокими механическими и эксплуатационными свойствами обладают комплексно-легированные половинчатые чугуны с композиционной структурой.

Экспериментально исследованы антифрикционные перлитные чугуны с шаровидным графитом и небольшим количеством карбидов (по патентам авторов). Эта работа является частью комплексных исследований структуры, механических и триботехнических свойств антифрикционных чугунов, которые должны дать ответ о возможностях использования новых сплавов в различных условиях трения, в том числе и наиболее тяжёлых, т.е. при высоких удельных нагрузках, повышенных скоростях скольжения, при недостаточной смазке или её отсутствии, неблагоприятном температурном режиме.

Неравновесное структурообразование в многофаз­ных системах может быть как прямым, так и многоступенчатым. По мере увеличения переохлаждения из структуры сплава могут исчезать стабильные равновесные фазы, заменяясь метастабильными, что обусловливает ступенчатый ха­рактер перехода к равновесным структурам. Если при образовании стабиль­ной и метастабильной фаз механизм превращения одинаков, то должен со­блюдаться принцип Уманского, причем состав метастабильной фазы распо­лагается между составами равновесных фаз. Если же при образовании новой фазы происходит резкое снижение энергии активации процесса, то состав новой фазы может выхо­дить за пределы указанного интервала.

Результаты анализа применительно к чугунам (в частности, к сплавам систем Fe-C-Cr и Fe-C-Cr-Si) позволили не только рассмотреть возможные схемы формирования структуры в этих сплавах, но и провести их классификацию по термодинами­ческой стабильности высокоуглеродистых фаз. На основе рассмотренных схем кристаллизации выявлены и объяснены некоторые явления в легиро­ванных чугунах и обоснованы особые возможности структурообразования.

Проведенные исследования показали, что рациональное комплексное легирование чугунов с использованием повышенного количества меди обеспечивает благоприятные изменения в их структуре и свойствах. Это позволяет существенно повысить работоспособность трущихся деталей в наиболее жестких условиях ограниченной смазки при больших удельных нагрузках Р и повышенных скоростях скольжения V (т.е. при больших значениях параметра PV). Разработанные антифрикционные чугуны с пластинчатым и шаровидным графитом прошли лабораторные и промышленные испытания и в настоящее время приняты к использованию в производстве на нескольких брянских заводах.

Разработаны комплексно-легированные чугуны со структурой, представляющей собой двухфазные и многофазные эвтектические композиции с волокнистой, пластинчатой или зернистой упрочняющей фазой. На некоторых заводах Брянска организовано серийное производство из этих сплавов литых заготовок и готовых изделий (различных деталей машин, приспособлений, оснастки, инструмента) с проведением термической и механической обработки. Изготовленные и испытанные в лабораторных и производственных условиях опытные партии деталей и инструмента показали высокую эксплуатационную надежность и экономическую целесообразность использования новых материалов.

Приведена краткая информация о некоторых из разработанных и предлагаемых к использованию сплавах.

Приведены результаты разработки и исследования высокоизносостойких сплавов на основе железа. Выявлены корреляционные зависимости твердости от факторов фазового и химического составов. Экспериментально исследована абразивная износостойкость литых твердых сплавов в сопоставлении с известными белыми чугунами, сталями и металлокерамическими твердыми сплавами.

Исследованы сплавы, предложенные для изготовления литого инструмента, отличающиеся от обычных быстрорежущих сталей повышенными содержаниями углерода, ванадия и кремния, низким содержанием молибдена и полным отсутствием вольфрама. Благодаря композиционному построению структуры эти сплавы имеют повышенные механические и эксплуатационные свойства и могут быть использованы в литом состоянии (без пластической деформации). В работе рассмотрены особенности структурообразования в этих сплавах на этапах основных технологических операций: кристаллизации и охлаждения отливок, высокотемпературного отжига, закалки и отпуска при разных температурах. Экспериментальные исследования проведены с использованием методов металлографического, карбидного, рентгеноструктурного и рентгеноспектрального анализов.

Система Fe-C-Cu имеет большое практическое значение в связи с использованием меди в некоторых видах сталей и чугунов. Однако не всегда содержание меди в сплавах известных марок находится в оптимальном сочетании с содержаниями других легирующих элементов и углерода. В связи с эти проведен анализ влияния меди на структуру чугуна с использованием известных и построенных в данной работе фрагментов (разрезов и проекций) диаграммы состояния сплавов Fe-C-Cu, в частности, проведена оценка растворимости меди в основных фазах и структурных составляющих (феррите, аустените, перлите) чугуна и условия образования медистой фазы.

Проведены исследования структуры и свойств самозакаливающихся белых чугунов. Установлено, что при использовании чугунов с мартенситной структурой матрицы и высокой твердостью (60-63 HRC) детали отличаются высокой износостойкостью, но в отливках наблюдаются микротрещины. Разработан оптимальный химический состав чугуна, при котором эти дефекты в отливках исключаются.

Приведены результаты разработки и исследования высокоизносостойких сплавов для изготовления точнолитых деталей. Разработаны сплавы двух видов: литые твердые на основе железа, отличающиеся высокой абразивной износостойкостью, и половинчатые чугуны, обеспечивающие высокие триботехнические свойства особо нагруженных узлов трения. Сплавы обоих видов являются самозакаливающимися и изделия из них не требуют упрочняющей обработки.

Приведены некоторые результаты исследований по разработке и использованию литых конструкционных высокоуглеродистых сплавовт с повышенной износостойкостью и достаточной вязкостью.

Износостойкие белые и половинчатые чугуны с композиционным упрочнением / Сильман Г.И. – С.414-445.

Рассмотрена взаимосвязь между химическим составом, структурой и свойствами легированных белых чугунов. Дана классификация белых чугунов по их соответствию принципу композиционного упрочнения. Для каждой группы чугунов приведены рекомендуемые составы, структура, свойства, технологические процессы получения чугуна и отливок. Указа­ны режимы термической и механической обработки отливок, а также об­ласти их применения.