УДК 621.9.02

ТВЁРДОСТЬ И ИЗНОСОСТОЙКОСЬ ЛИТЫХ ТВЁРДЫХ СПЛАВОВ НА ОСНОВЕ БЕЛЫХ ЧУГУНОВ

 

HARDNESS AND WEAR RESISTANCE OF CAST HARD ALLOYS ON THE BASIS OF WHITE CAST IRON

 

Камынин В.В., Дмитриева Н.В., Лазутина И.В.

(Брянский государственный инженерно-технологический университет, г.Брянск, РФ)

 

Разработаны и исследованы высокоизносостойкие сплавы на основе железа. Экспериментально исследованы твёрдость и износостойкость литых твёрдых сплавов в сопоставлении с известными белыми чугунами, сталями и металлокерамическими твёрдыми сплавами.

Developed and tested highly wear-resistant iron-based alloys. Experimentally studied the hardness and wear resistance of cast hard alloys in comparison with well-known white cast irons, steels and cemented carbide alloys.

 

Ключевые слова: сплав, белый чугун, твёрдость, износостойкость

Key words: alloy, white iron, hardness, sharpness, instrument is shown

 

Важным направлением современного машиностроения является создание и широкое использование новых конструкционных материалов. Экономически целесообразно получение сравнительно дешёвых литых твёрдых сплавов, близких по твёрдости и износостойкости к металлокерамическим твёрдым сплавам. Основой для разработки новых сплавов могут служить высокоуглеродистые комплексно-легированные белые чугуны. Структура таких сплавов должна состоять из мартенситно-аустенитной матрицы и высокотвердых карбидных фаз МС и М7С3 при их сочетании в виде эвтектик с композиционным построением, что обеспечивается за счет комплексного легирования сплавов хромом, ванадием и марганцем. Эти же элементы в сочетании с медью и молибденом обеспечивают высокую прокаливаемость сплавов, доводя ее до уровня самозакаливаемости в отливках.

Экспериментально исследована твёрдость и абразивная износостойкость 9 сплавов и выявлены корреляционные зависимости между износостойкостью и твёрдостью сплавов.

Результаты экспериментального определения твердости для образцов двух сечений всех 9 исследуемых сплавов в литом состоянии приведены в таблице 1. Для сплава 9 приведены также данные в термообработанном состоянии (сплав 9-1 в таблице) по двум режимам: после закалки (без скобок) и после закалки и отпуска (в скобках). Поскольку на каждом сплаве определены 3-4 значения твердости, в таблице приведены интервалы этих значений и средние значения твердости. Дальнейший анализ проведен по средним значениям твердости.

Результаты экспериментального исследования абразивной износостойкости сплавов приведены в таблице 2 (в виде коэффициентов относительной износостойкости при использовании в качестве эталона сравнения стали 45 с твёрдостью НВ 200). В этой же таблице приведены определенные по такой же методике значения коэффициентов износостойкости некоторых сопоставляемых сплавов.

Приведенные данные показывают, что абразивная износостойкость хорошо коррелирует с твердостью сплавов, хотя имеются и существенные отклонения, характерные для термообработанных сталей с высокой твердостью.

 

Таблица 1Твердость сплавов

сплава

Твердость НRC в заготовках сечением

12х12 мм

40х40 мм

интервал

среднее

значение

интервал

среднее

значение

1

63-65

64

63-65

64

2

64-66

65

63-65

64

3

64-66

65

64-66

65

4

65-67

66

63-65

64

5

66-68

67

64-66

65

6

56-58

57

59-61

60

7

57-59

58

52-55

53,5

8

58-60

59

60-63

61,5

9

57-59

58

-

-

9-1

67-70

68,5 (67)

-

-

Полученные данные в графической форме представлены на рисунке 1 экспериментальными точками и результатами их статистической обработки в виде полиномиальной зависимости второй степени:

R2 = 0,959,                        

где  Н – твердость в ед. HRC

Из рисунка 1 видно, что при твердости сплавов 67-70 НRC износостойкость остается примерно на одном уровне КИЗН. = 13,5-14,0, что характерно как для литых твердых сплавов, так и для металлокерамического сплава ВК 20. Абразивная износостойкость термообработанных сталей существенно ниже, чем у исследуемых сплавов, при одинаковой с ними твердости (точки для сталей расположены значительно ниже графика) [1].

Рисунок 1 – Корреляционная связь между износостойкостью и твёрдостью сплавов

 

Таблица 2Коэффициенты абразивной износостойкости исследуемых и сопоставляемых сплавов

Группа сплавов
Номер или марка
сплава
Твердость
сплавов
Средние значения
коэффициентов
износостойкости

 

1
2
3
4

 

Исследуемые
сплавы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
9-1
НRC64
НRC65
НRC65
НRC66
НRC67
НRC57
НRC58
НRC59
НRC58
НRC68,5
8,8
9,5
10,2
11,8
13,6
4,8
5,6
5,3
7,1
13,8

 

Сопоставляемые
сплавы
Сталь 45
Сталь ШХ15
Сталь Х12
ИЧ290Х12М
ИЧ210Х12Г5
Нихард
ВК 20
НВ 200
НRC 62
НRC 63
НRC 62
НRC 54
НRC 50
НV 1100
1,0
4,2
5,5
8,0
4,5
4,0
13,7

 

1 - сплав ВК 20 с твердостью HV 1100,  2 - литой твердый сплав с твердостью HRC 67-70,   3 - литой твердый сплав с твердостью HRC 64-65,  4 - белый чугун ИЧ290Х12М с твердостью HRC 62,  5 - белый чугун “нихард” с твердостью HRC 50,  6 - сталь ШХ15 с твердостью HRC 62, 7 - сталь 45 с твердостью НВ 200

Рисунок 2 - Сопоставление износостойкости исследуемых и сравниваемых сплавов

 

Проведенное исследование твёрдости и износостойкости литых твердых сплавов позволяет сделать вывод, что абразивная износостойкость белых чугунов и твердых сплавов хорошо коррелирует с их твердостью, износостойкость сталей такой же твердости существенно ниже. Абразивная износостойкость твердых сплавов достигает максимальных значений (КИЗН. = 13,5-14) при их твердости 67-70 HRC и в этом интервале значений твердости практически не меняется. Литые сплавы с такой же твердостью не уступают по износостойкости сплаву ВК 20.

 

Список использованных источников

1.  Сильман, Г.И. Литые твердые сплавы на основе комплексно-легирован-ных белых чугунов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева; БГИТА. Брянск, 2000. 20 с. Деп. в ВИНИТИ 27.07.00, № 1728-В00.

2.  Сильман, Г.И. Твёрдость и износостойкость литых твёрдых сплавов [Текст] / Г.И. Сильман, Н.В. Дмитриева // Качество машин: сб. тр. 4-й Междунар. научно-техн. конф. Т.1.  Брянск, 2001. С. 78-80.