Исследования и разработка новых износостойких чугунов

При разработке чугунов новых марок ставилась задача создания специализированных сплавов для работы в условиях преимуществен­но нейтральных или абразивно-коррозионных сред. Универсальные сплавы, как, например чугун ИЧ290Х30Н2, имеют в 1,5 раза более низкую износостойкость в нейтральных абразивных средах в сравне­нии с чугуном ИЧ290Х18Г2 и 15 % Сr-Мо и более чем в три раза ус­тупают чугуну ИЧ210Х30Г3 в абразивно-коррозионных средах.

При выборе сплава для конкретной детали, работающей в опреде­ленных условиях, необходимо учитывать эксплуатационные и техно­логические характеристики этого сплава: износостойкость в ней­тральных и коррозионных средах, механические свойства, склон­ность к образованию трещин, прокаливаемость, обрабатываемость резанием - для деталей, подвергающихся механической обработке.

Практически все исследованные белые чугуны обладают линейной (≈ 2%) и объемной (≈ 8%) усадкой. Эти сплавы сравнительно хорошо жидкотекучи, что позволяет отливать детали со стенками толщиной до 4 мм.

Как правило, отливки из белых чугунов закаливаются на воздухе для получения максимальной износостойкости. Поэтому прокаливаемость является важной характеристикой белого чугуна. Она не только определяет возможность получения мартенситной структуры в детали необходимой толщины, но и является технологическим показателем возможности охлаждения на воздухе больших садок деталей, что упрощает процесс закалки.

Для условий эксплуатации в абразивных нейтральных средах дета­лей типа рабочих колес насосов, которые необходимо механически обрабатывать, хорош чугун ИЧ290Х18Г2, имеющий после отжига твердость НRС 35—39 и перлитную матрицу. Этот сплав после отжига сравнительно хорошо поддается точению и фрезерованию, обладает прокаливаемостью до 200мм и сравнительно хорошими литейными свойствами, не уступает чугуну 15 %Сr-Мо по всем характеристи­кам, но более экономичен, так как не содержит дорогих молибдена и никеля.

При работе в нейтральных абразивных средах деталей большей толщины, не требующих механической обработки, применяется чу­гун ИЧ290Х18Г3 с более высоким содержанием марганца. Из этого сплава изготавливают брони шаровых и стержневых мельниц, течек и др. Сплав отличается высокой износостойкостью и прокаливаемостью, достигающей толщины 400 мм. Высокая прокаливаемость чугу­на ИЧ290Х18Г3 позволяет надежно закаливать на воздухе большие садки отливок, упрощает процесс термообработки, обеспечивает по­лучение мартенситной структуры в толстостенных отливках.

Высокохромистые чугуны ИЧ190Х30Г3 и ИЧ210Х30Г3 были соз­даны для работы в условиях абразивно-коррозионного воздействия, которому подвержено оборудование для размола и обогащения угля и руд цветных металлов. Эти чугуны в условиях износа в нейтральных средах менее стойки, чем чугуны, содержащие 12-18 %Сr, но значи­тельно превосходят их в условиях абразивно-коррозионного воздействия.

Так, чугун ИЧ210Х30Г3 при испытании в песчаной пульпе, рН 4 показал стойкость, в шесть раз превышающую стой­кость чугуна ИЧ290Х12М, а при испытании в угольной пульпе это преимущество достигло восьми раз. Чугун ИЧ210Х30Г3 в абразивно-коррозионных средах в два-три раза более стоек, чем широко распространенный чугун ИЧ290Х30Н2. Лучшая обрабатываемость резанием и отсутствие никеля в чугуне ИЧ210Х30Г3 дает этому сплаву дополнительные преимущества перед чугуном ИЧ290Х30Н2. Для деталей с более значительным коррозионным воздействием применяется чугун ИЧ190Х30Г3 с меньшим содержанием углерода, чем у чугуна ИЧ210Х30Г3.

Снижение содержания углерода в чугуне ИЧ190Х30Г3 повышает коррозионную стойкость и обрабатываемость резанием этого сплава. В литом состоянии в деталях из чугуна ИЧ210Х30Г3 можно обычным инструментом нарезать резьбу, долбить шпоночные пазы, что практически невозможно сделать в отливках из чугунов ИЧ290Х30Н2 и нихард. После мехобработки детали из этого чугуна проходят закалку на воздухе.

Определение прочности на изгиб высокохромистых чугунов на механически обработанных образцах, вырезанных из стан­дартной клиновой пробы, дало увеличение этого показателя более чем в 1,8 раза.