Исследование литой структуры комплексно-легированных белых чугунов

3. Нозадзе Ц. С., Самхарадзе Р. Ю., Курдадзе М. А., Гачечиладзе Л. Г., Нозадзе С. О. Разработка исследовательского прототипа экспертной системы для инфракрасной влагометрии (монография). Избранные вопросы современной науки. Монография. Часть ХХ. / Научный ред. д.п.н. проф. С. П. Акутина. М.: Издательство «Перо», 2016. 259 с. ISBN 978-5-906851.

Исследование литой структуры комплексно-легированных

белых чугунов Петроченко Е. В.1, Ахметова А. А.2

1Петроченко Елена Васильевна /Petrochenko Elena Vasilyevna - доктор технических наук,

профессор;

2Ахметова Альфия Айдаровна /Akhmetova Alfiya Aydarovna - аспирант, кафедра литейного производства и материаловедения, Институт металлургии, машиностроения и материалообработки, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова,

г. Магнитогорск

Аннотация: металлографическими методами исследована дендритная структура жароизносостойких белых чугунов. Установлены некоторые закономерности влияния добавок бора и термокинетических условий кристаллизации на параметры дендритной структуры чугунов.

Ключевые слова: параметры дендритной структуры, жароизносостойкий белый чугун, первичная структура, бор.

Современные комплексно-легированные белые чугуны, представляющие собой сложнолегированные многокомпонентные, многофазные сплавы, различные по структуре, обладают высоким комплексом механических и специальных свойств и широко применяются в условиях высоких температур и абразивного изнашивания. На их свойства важное влияние оказывает первичная структура, которая зависит от химического состава и условий охлаждения сплава при кристаллизации.

Первичная структура содержит ценную информацию об особенностях процесса затвердевания металла. Поэтому объективная количественная оценка первичной структуры дает возможность установить влияние ряда конкретных условий кристаллизации на свойства полученных отливок.

Дендриты твердого раствора, образующиеся в процессе кристаллизации чугунной отливки, претерпевают трансформации, увеличивая свои первоначальные размеры в несколько раз. Это огрубление всегда оказывает отрицательное воздействие, снижая механические и эксплуатационные свойства чугунов. Разветвленность дендритов также неблагоприятна тем, что увеличивается химическая неоднородность в межосевых участках дендрита, что приводить к снижению жаростойкости сплава [1, 2].

Для количественной оценки дендритной структуры применяют следующие параметры: плотность дендритной структуры, дисперсность дендритной структуры, размеры осей дендритов, величина междуосных промежутков ветвей дендрита первого и второго порядков 12, средняя площадь, средний диаметр дендрита, толщина дендритных ветвей, фактор формы [1-4].

Эти критерии наиболее целесообразно применять в тех случаях, когда какой-либо из факторов (скорость охлаждения, специальные добавки) подвергается изменению. Количественная оценка первичной структуры позволяет не только сравнивать относительное действие разных факторов, но и находить оптимальные пределы применения того или иного фактора.

Одними из эффективных методов управления параметрами первичной структуры, способствующих улучшению механических и эксплуатационных свойств сплавов, являются модифицирование и применение режимов регламентированного теплоотвода при кристаллизации [5-13].

В работе изучили влияние добавок бора и условий охлаждения при кристаллизации на параметры дендритной структуры жароизносостойкого чугуна [14-16].

В качестве исследуемого материала был выбран белый чугун, следующей системы легирования: Ре-С-Сг-Мп-№-Т1-А1-МЪ [17-24]. В табл. 1 представлен химический состав исследуемых чугунов.

Таблица 1. Химический состав жароизносостойких сплавов

№ образца Содержание элементов, %

С Mn Cr Ni Ti Al Nb B

1 2,12,2 4,5-5,0 18,019,0 1,01,2 0,40,6 2,0 2,0 0

2 2,12,2 4,5-5,0 18,019,0 1,01,2 0,40,6 2,0 2,0 0,005

3 2,12,2 4,5-5,0 18,019,0 1,01,2 0,40,6 2,0 2,0 0,01

4 2,12,2 4,5-5,0 18,019,0 1,01,2 0,40,6 2,0 2,0 0,02

5 2,12,2 4,5-5,0 18,019,0 1,01,2 0,40,6 2,0 2,0 0,03

В качестве характеристик дендритной структуры в работе исследовали следующие параметры: дисперсность 5, объемную долю V, расстояние между осями второго порядка Х2, фактор формы F, средние площадь S, диаметр d, длину I, ширину в дендритов. Фактор формы определяет компактность включения и определяется как отношение площади дендрита на площадь описанной окружности дендрита. Дисперсность дендритной структуры оценивали величиной, обратной расстоянию между осями второго порядка. Металлографические исследования проводились на оптическом микроскопе, оснащенном анализатором изображений Thixomet PRO (табл. 2). Опытные сплавы заливали в сырые и сухие песчано-глинистые формы и чугунный кокиль.

Таблица 2. Параметры дендритной структуры чугунов

№ обр Тип фоР мы S,mkm2 d, мкм 1, мкм Р, мкм V, % 12, мкм F 8, 1/мк м

1 сух 2456 83 232 9,1 47 5,6-6,8 0,26 0,16

сыр 1893 71,1 195 9,47 45 4,8-5,6 0,26 0,19

кок 89 14,7 41 2,21 44,6 1 0,28 1

2 сух 2866 75,2 201 9,15 44,5 5,2-7,1 0,28 0,16

сыр 1831 67,6 191 9,38 46,8 5,4 0,3 0,18

кок 85,3 14,8 38,8 2,1 40 0,9 0,32 1,1

3 сух 1912 64,5 198 9,18 44,6 4,9-6,3 0,29 0,17

сыр 1714 64,6 185 9,15 45,6 2,8-3,2 0,3 0,33

кок 35,5 9,43 19,3 1,89 37 0,33

4 сух 1581 58,7 130 10,5 45 2,5-3,8 0,34 0,15

сыр 1568 58,8 92,4 9,58 51 3,2 0,35 0,31

кок 36 9,4 17 1,7 39 0,5

5 сух 1316 54,6 132 10,9 46 2,5-4,5 0,34 0,14

сыр 1718 62,5 180 9,84 47,2 4,1 0,39 0,24

кок 77,9 14,4 32,7 2,27 41,8 0,45

Применение предлагаемых параметров позволяет не только количественно оценить дендритную структуру, но и ввести понятие - «степень модифицирования», т.е. относительное изменение каждого параметра при определенном воздействии (табл. 3).

Введение понятия «степень модифицирования» представляется в ряде случаев полезным, например, для сравнения действия различных модификаторов и установления оптимального их количества, а также для установления возможных количественных соотношений степени модифицирования с параметрами кристаллизации с одной стороны и с некоторыми свойствами - с другой.

Таблица 3. Степень модифицирования по разным параметрам

№ образца Тип формы Степень модифицирования по Степень модифицирования по а, % Степень модифицирования по 1,% Степень модифицирования по р, % Степень модифицирования по У,% Степень модифицирования по Х2,% Степень модифицирования по Степень модифицирования по 8,%

2 сух 16,6 9,3 13,3 0,54 5,3 2,38 7,6 0

сыр 3,2 4,9 2 0,9 4 3,84 15,3 5,1

кок 4,1 0,68 5,3 4,9 10,3 14,2 10

3 сух 22,1 22,2 14,6 0,87 5,1 11,1 11,5 6,2

сыр 9,45 9,1 5,1 3,3 1,33 42,3 15,3 73

кок 60,1 35,8 52,9 14,4 17,04 17,8

4 сух 35,6 29,2 43,9 15,3 4,2 50 30,7 6,2

сыр 17,1 17,2 52,6 1,16 13,3 38,46 34,6 63

кок 59,5 36 58,5 23 12,5 78,5

5 сух 46,4 34,2 43,1 19,7 2,1 44 30,7 12,5

сыр 9,2 12 7,6 3,9 4,8 21 50 26,3

кок 12,4 2,04 20,2 2,7 6,2 60,7

Полученные данные свидетельствуют о влиянии модифицирования в большей степени на изменение таких критериев как площадь, длина, фактор формы и дисперсность дендритов.

На рисунке представлена микроструктура чугунов и ее количественные характеристики (средняя площадь и фактор формы дендритов) в исходном состоянии и с добавками бора, при заливке в разные типы форм.

0 % В сух, $,=2456 мкм2, Е=0,26

0,03 %В сух, 8=1316 мкм2, Е=0,34

0 % В, сыр, 8=1893 мкм2, Е=0,26

0,02 % В, сыр, 8=1568 мкм2, Е=0,35

0,005 % В, кок 8=85,3 мкм2, Е=0,32

0,02 % В, кок8=36мкм2, Е=0,5

0,005 % В, сух 8=2866 мкм2, Е=0,28

0,005 % В, сыр 8=1831 мкм2, Е=0,3

Рис. 1. Микроструктура чугунов и ее количественные характеристики

Металлографически установлено, что формирование первичной литой структуры в отливках исследуемых чугунов в зависимости от условий охлаждения и добавок бора сопровождается образованием дендритов твердого раствора различной дисперсности (8) и морфологии (Б). Показано, что в случае применения интенсивного теплоотвода (заливка в кокиль) и добавок бора фактор формы и характеристики дисперсности дендритной структуры закономерно повышаются.

Бор незначительно меняет объемную долю дендритов. Повышение скорости охлаждения уменьшает объемную долю и площадь дендритов. В отливках, полученных в сухие ПГФ, расстояние между осями второго порядка находится в диапазоне 2,5-7 мкм. Это расстояние уменьшается с увеличением добавок бора. При охлаждении в металлической форме оси высших порядков либо полностью отсутствуют, либо присутствуют в неразвитом (неявном) виде (междуосное расстояние в этом случае составляет около 1 мкм), компактность дендритов увеличивается.

Литература

1. Горемыкина С., Костылева Л., Ильинский В. Исследование роста дендритных ветвей крупных столбчатых кристаллов // Материаловедение, № 12, 2007. С. 32-34.

2. Ильинский В. А. Исследование микроликвационной неоднородности дендритных ветвей серого чугуна / В. А. Ильинский, Л. В. Костылева, Л. В. Палаткина // Металлургия машиностроения, 2009. № 6. C. 9 - 15.

3. Определение количественных показателей (критериев) дендритной структуры. Донецкий НИИЧерМет. Донецк, 1969, 12 с.

4. Жиляков А. Ю. Исследование влияния температурно-временной обработки расплава на закономерности формирования структуры и свойств литого сплава ЭК77 / А. Ю. Жиляков, С. В. Беликов // Физика прочности и пластичности материалов: сборник тезисов XVIII Международная конференция. - Самара: Изд-во СамГТУ, 2012. с. 114.

5. Ри X Э., Колокольцев В. М., Ри Х., Петроченко Е. В., Воронков Б. В. Комплексно -легированные белые чугуны функционального назначения в литом и термообработанном. Владивосток, 2006. 273 с.

6. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Воронков Б. В. Комплексно-легированные белые износостойкие чугуны // Челябинск, 2005.

7. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Молочков П. А. Структура и износостойкость хромованадиевых чугунов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2004. № 7. с. 25-28.

8. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Молочков П. А. Комплексное воздействие на структуру белых износостойких чугунов с целью повышения эксплуатационной стойкости отливок // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2004. № 4. с. 23-29.

9. Петроченко Е. В. Взаимосвязь химического состава, структуры, и свойств комплексно-легированных белых чугунов в литом состоянии // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2012. № 3. с. 51-55.

10. Петроченко Е. В. Влияние фазового состава на износостойкость отливок из белого чугуна // Литейщик России, 2002. № 9. с. 12-15.

11. Kolokoltsev V. M., Petrochenko E. V. Structure features and properties of high-alloy white irons // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2013. № 5 (45). с. 3-8.

12. Петроченко Е. В. Повышение эксплуатационной стойкости отливок из белых легированных чугунов за счет комплексного воздействия на их структуру // диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Магнитогорск, 2003. 140 с.

13. Колокольцев В. М., Конопка З., Петроченко Е. В. Структура и свойства белых чугунов разных систем легирования // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2014. № 1 (45). с. 19-23.

14. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Воронков Б. В. Особенности формирования структуры белых чугунов и их классификация // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2007. № 1. с. 97-105.

15. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Соловьев В. П., Цыбров С. В. Специальные чугуны. Литье, термическая обработка, механические свойства. Федеральное агентство по образованию, Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Магнитогорский государственный технический университет им. Г. И. Носова». Магнитогорск, 2009. 187 с.

16. Колокольцев В. М., Миронов О. А., Петроченко Е.В., Брялин М. Ф., Воронков Б. В. Повышение свойств жароизносостойкого чугуна рафинированием и модифицированием // Литейное производство, 2007. № 3. С. 2-5.

17. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В. Металлургические и металловедческие аспекты повышения функциональных свойств литых изделий из белых чугунов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2014. № 4 (48). С. 87-98.

18. Петроченко Е. В., Молочкова О. С. Анализ взаимосвязи химического состава, условий охлаждения при затвердевании с особенностями строения сплавов, окисленной поверхности и свойствами комплексно-легированных белых чугунов // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2011. № 4. С. 50-53.

19. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Миронов О. А. Влияние химического состава на формирование структуры и свойств жароизносостойких чугунов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2007. № 3. С. 44-47.

20. Петроченко Е. В., Молочкова О. С. Изыскание составов жароизносостойких комплексно-легированных белых чугунов // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2009. № 8. С. 31-34.

21. Колокольцев В. М., Петроченко Е. В., Молочкова О. С. Влияние химического состава, условий охлаждения при затвердевании на структуру и свойства жароизносостойких комплекснолегированных железоуглеродистых сплавов // Технология металлов, 2013. № 1. С. 10-14.

22. Петроченко Е. В. Взаимосвязь химического состава, структуры и свойств комплексно-легированных белых чугунов в литом состоянии // Известия высших учебных заведений. Черная металлургия, 2012. № 3. с. 51-55.

23. Воронков Б. В., Колокольцев В. М., Миронов О. А., Петроченко Е. В., Сибагатуллин С. К. Жароизносостойкий чугун // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г. И. Носова, 2005. № 3 (11). С. 35-37.

24. Петроченко Е. В., Колокольцев В. М., Миронов О. А., Воронков Б. В., Полетаев В. В., Сулейманов В. М. Структура и свойства жароизносостойкого белого чугуна // Литейщик России, 2005. № 7. С. 7-10.

25. Петроченко Е. В. Особенности кристаллизации, формирования структуры и свойств износостойких и жаростойких чугунов в различных условиях охлаждения // диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук / Магнитогорский государственный технический университет. Магнитогорск, 2012. 309 с.

Разработка по совершенствованию спортивной инфраструктуры

России Радионов А. С.

Радионов Александр Сергеевич /Radionov Alexander Sergeevich - кандидат экономических наук,

доцент, экономический факультет, Московский финансово-экономический университет, г. Москва

Аннотация: в статье описываются перспективы развития спортивно-оздоровительной индустрии в России.

Ключевые слова: физическая культура, спорт, инфраструктура.

Опыт реализации ФЦП «Развитие физической культуры и спорта в Российской Федерации на 2006-2015 годы» доказал эффективность применения программно-целевого метода для рационального использования выделенных ресурсов и