INFLUENCE OF CHEMICAL COMPOSITION AND STRUCTURE ON WEAR RESISTANCE OF LOW CARBON WHITE CAST IRONS
Authors: Печенкина Л.С. , Емельянов И.И. 
Published: December 2023

износостойкость является важной характеристикой долговечности самих машин и изделий, работающих при трении. Она определяется в основном твердостью. Износостойкие белые чугуны – группа хромистых и никель-хромистых чугунов, их главная особенность – при затвердевании выделяется карбидная фаза, наделяющая высокой износостойкостью при абразивном изнашивании. Область для применения деталей из белых чугунов, устойчивых к износу, охватывает многие промышленные отрасли, где долговечность деталей можно соотнести с абразивным износом. Есть условия подбора марки износостойкого чугуна: рабочая среда и скорость износа. Следует помнить о механической обработке, прокаливаемости и экономичности выбранного материала. Изучая влияние легирующих компонентов на величину износостойкости белых чугунов, можно сказать, что содержание таких элементов, как хром, марганец и никель благоприятно воздействуют на интересующие характеристики изделий. Многие предприятия вносят в свою номенклатуру большое число отливок как раз из рассматриваемого чугуна. Особенно мало сведений о малоуглеродистых белых чугунах, что характеризует актуальность исследования. В качестве рассматриваемых материалов были взяты белые чугуны без содержания меди и с её содержанием. Все испытания проводились на машине трения МИ-1М. Было изучено, какое влияние удельная нагрузка оказывает на величину износа. В качестве эталона был выбран сплав марки ШХ15. Было выявлено, что наименьшее различие между зависимостями для сплавов и эталона наблюдается в промежутке нагрузки до 5 МПа. Но начиная с нагрузки в 1,5 МПа, видно, что удельная нагрузка напрямую влияет на коэффициент износостойкости. Основываясь на получившихся корреляционных зависимостях коэффициентов относительной износостойкости от механических свойств, факторов химического и фазового состава сплавов, был выполнен анализ износостойкости этих самых сплавов. Предварительно была проведена комплексная оценка относительно основного элемента-аустенитизатора − марганца, а также влияния степени аустенитизации структуры. В результате исследования установлены зависимости влияния содержания химических элементов и содержания аустенита в структуре на коэффициент износостойкости малоуглеродистых сплавов. Наибольшая износостойкость отмечается у малоуглеродистых чугунов при содержании марганца в пределах двух-трех процентов, что сочетается с содержанием в структуре двадцати – тридцати пяти процентов аустенита. Это объясняется влиянием марганца на структуру. В условиях абразивного износа максимум увеличивается на десять процентов, так как наблюдается более сильное уплотнение поверхностного слоя. Определены количества мартенсита, аустенита, карбидов, дающие наибольшую стойкость к изнашиванию в разных условиях, применительно к исследуемым сплавам
wear resistance is an important characteristic of the durability of the machines and products themselves that operate under friction. It is determined mainly by hardness. Wear-resistant white cast irons are a group of chromium and nickel-chromium cast irons; their main feature is that upon solidification, a carbide phase is released, which imparts high wear resistance during abrasive wear. The application area for wear-resistant white cast iron parts covers many industrial sectors where the durability of parts can be correlated with abrasive wear. There are conditions for selecting a grade of wear-resistant cast iron—working environment and wear rate. The machinability, hardenability and economics of the selected material should be kept in mind. Studying the influence of alloying components on the wear resistance of white cast iron, we can say that the content of elements such as chromium, manganese and nickel have a beneficial effect on the characteristics of products of interest. Many enterprises add to their product range a large number of castings made from the cast iron in question. There is especially insufficient information about low-carbon white cast irons, which characterizes the relevance of the study. The materials under consideration were white cast iron without and with copper content. All tests were carried out on an MI-1M friction machine. It was studied what effect specific load has on the amount of wear. Alloy grade ShKh15 was chosen as a standard. It was found that the smallest difference between the dependences for the alloys and the standard is observed in the load range up to 5 MPa. But starting from a load of 1.5 MPa, it is clear that the specific load directly affects the wear resistance coefficient. Based on the resulting correlation dependences of the relative wear resistance coefficients on the mechanical properties, factors of the chemical and phase composition of the alloys, an analysis of the wear resistance of these same alloys was performed. Previously, a comprehensive assessment was carried out regarding the main austenitizing element - manganese, as well as the influence of the degree of austenitization of the structure. As a result of the study, the dependence of the influence of the content of chemical elements and the austenite content in the structure on the wear resistance coefficient of low-carbon alloys was established. The greatest wear resistance is observed in low-carbon cast irons with a manganese content of two to three percent, which is combined with a structure containing twenty to thirty-five percent austenite. This is explained by the influence of manganese on the structure. Under conditions of abrasive wear, the maximum increases by ten percent, as a stronger compaction of the surface layer is observed. The amounts of martensite, austenite, and carbides that provide the greatest resistance to wear under different conditions were determined in relation to the alloys under study