Получение градиентных центробежно-литых стальных заготовок путем введения в кристаллизующийся расплав дисперсных частиц карбидов

• Автор: Аникеев, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Челябинск
• Количество страниц: 160 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение

ГЛАВА 1. Состояние вопроса, цель работы и решаемые задачи

1Л Градиентные метало-керамические материалы

1.2 Методы получения и свойства метало-керамических материалов

1.2.1 Твердые сплавы

1.2.2 Карбидостали

1.2.3 Дисперсионное упрочнение

1.2.4 Дисперсное упрочнение

1.3 Выводы по главе

1.4 Цели и задачи исследования

ГЛАВА 2. Моделирование процессов распределения дисперсных частиц по объему кристаллизующегося металла
2.1 Постановка задачи
2.2 Моделирование распределения дисперсных частиц
2.3 Результаты моделирования распределения дисперсных частиц
2.4 Выводы по главе
Г ЛАВА 3. Исследование процессов взаимодействия дисперсных
частиц с металлическим расплавом
3.1 Постановка задачи
3.2 Термодинамический анализ тройной системы Ре-С-1¥
3.3 Результаты термодинамического моделирования
3.4 Выводы по главе
ГЛАВА 4. Методика проведения эксперимента и исследование металла
4.1 План исследования
4.2 Инструментарий для исследования материала
4.3 Методика проведения эксперимента

4.4 Результаты эксперимента и обсуждение полученных результатов
4.4.1. Исследование результатов взаимодействия карбидов и металлического расплава
4.4.2 Исследование макроструктуры полученного металла
4.4.3 Исследование микроструктуры полученного металла
4.4.4 Исследование изменения химического состава
4.4.5 Исследование предела прочности
4.4.6 Исследование ударной вязкости
4.4.7 Исследование твердости
4.4.8 Исследование износостойкости
4.5 Выводы по главе
ГЛАВА 5. Подтверждение эффективности применения дисперсно-
упрочненных металлов
Заключение
Библиографический список
Приложение А - Расчет среднего содержания элементов в каждом
сечении заготовок
Приложение Б - Чертежи звездочек приводного и натяжного вала
элеватора
Приложение В - Акт внедрения научно-исследовательской работы

ВВЕДЕНИЕ
Развитие добычи минерально-сырьевых ресурсов, металлургии, тяжелого машиностроения, вызвало необходимость использования сталей, обладающих такими механическими свойствами, при которых они способны работать в условиях повышенного абразивного износа при высоких нагрузках. Причем повышенные механические свойства требуются только от поверхностных слоев стали, поскольку именно они подвергаются различным физическим воздействиям. В настоящее время увеличение значений механических свойств металлов достигается либо за счет их легирования в значительных количествах, либо за счет применения различного рода обработок поверхностных слоев (наплавки, напайки, лазерной и плазменной обработки и т.д.). Одним из главных недостатков легирующих элементов является их достаточно высокая стоимость, а различного рода обработки поверхностных слоев требуют достаточно сложного оборудования.
Альтернативой использованию дорогостоящих легирующих элементов и технологическим обработкам могут служить дисперсно- и дисперсионно-упрочненные стали - то есть стали, содержащие твердые тугоплавкие мелкодисперсные частицы карбидов, оксидов, нитридов, а также твердые сплавы. Такие стали обладают повышенными значениями износостойкости, предела прочности, модуля упругости и жаростойкости, пониженной склонностью к трещинообразованию, по сравнению со сталями того же химического состава, не имеющими дисперсных частиц.
Методов получения твердых сплавов и градиентных металлических материалов достаточно много, но наиболее интересно изучение методов, основанных на введении дисперсных частиц в жидкий или жидко-твердый расплав - дисперсное упрочнение, образующихся в структуре металла, так называемое дисперсионное упрочнение, спекание твёрдых сплавов. Данные виды получения градиентных металлов известно достаточно давно, однако производятся они в достаточно ограниченных количествах, и нашли

с последующим холодным прессованием в таблетки диаметром
25...30 мм и толщиной 8...15 мм. Размеры таблеток были выбраны из условия их растворения в модифицируемом расплаве в течение 20...30 с. Модификатор вводили при температуре 1650 °С за 2 мин до слива, что обеспечивало равномерное распределение дисперсных частиц - инокуляторов по всему объему жидкого металла в плавильной емкости. Заливку металла в металлическую литейную форму кокиль проводили при температуре 1600 °С.
Заготовки фланцев, полученные центробежным электрошлаковым литьем с модифицированием (ЦЭШЛМ), удовлетворяют всем предъявляемым требованиям к выпускаемой продукции: это
и геометрическая точность отливки, и высокие свойства металла. Так, припуск под механическую обработку по наружной поверхности составляет
2...2.5 мм, по высоте до 1 мм, по внутреннему диаметру 8...5 мм. Коэффициент использования металла при этом достигает 0,6-0,8. Это существенно снижает металлоемкость изделия и энергозатраты на его изготовление.
Электрошлаковый модифицированный металл отличается от металла, полученного открытой плавкой, мелкозернистой структурой, большей химической однородностью, отсутствием инородных окисных включений, воздушных пузырей, пор, раковин, трещин, низким содержанием вредных примесей серы и фосфора, равномерной плотностью металла по всему объему, а, следовательно, и изотропностью физико-механических свойств по всем направлениям. Так, например, анализ структуры полученных отливок из стали 2X13 свидетельствует о том, что не модифицированный металл имеет направленную транскристаллитную структуру с большой протяженностью первичных осей дендритов. Металлографический анализ показал, что в этом случае происходит огрубление структуры мартенсита, сопровождающееся значительным повышением твердости
с межкристаллитной формой разрушения металла.