Розвиток наукових основ підвищення експлуатаційних властивостей легованих чавунів вдосконаленням хімічного складу та обробкою поверхні висококонцентрованими джерелами енергії

Abstract

Дисертація присвячена вирішенню актуальної науково-технічної проблеми підвищення експлуатаційної стійкості металовиробів, виготовлених з білих легованих чавунів і призначених для використання в умовах інтенсивного абразивного та ерозійного зношування. Мета дослідження досягається в роботі за рахунок оптимізації хімічного складу сплавів та застосування поверхневих зміцнювальних технологій з використанням висококонцентрованих джерел енергії. В роботі досліджено процеси модифікування структури та властивостей різних груп легованих чавунів (Cr-Mn-Ni-Mo-V, V-Mn-Ni, Cr-V-Mn-Ni) та сталей ледебуритного класу (Cr-Mn-Si-Ni-V-B, Cr-Mn-Si-Mo-B, Cr-Mn-Si-Mo-V-B) при обробці поверхні сталим плазмовим струменем. Побудовано математичну модель плазмового нагріву металевої поверхні в контакті із плазмовим струменем та визначено режими обробки для модифікації без оплавлення та з оплавленням поверхні. Встановлено оптимальні режим плазмового нагріву та тип вихідної структури матриці високохромистого (15 % Cr) чавуну, які забезпечують реалізацію структурних механізмів, необхідних для досягнення максимального модифікувального ефекту. Показано, що плазмова обробка з оплавлення поверхні приводить до суттєвого (на порядок) подрібнення структурних складових (дендритів аустеніту, евтектичні колоній, евтектичних карбідів), а наступна об’ємна термообробка сприяє виділенню нанодисперних вторинних карбідів та забезпечує різке підвищення твердості поверхні за рахунок мартенситного перетворення збідненого аустеніту. Описані структурні зміни при модифікації поверхні сталим плазмовим струменем забезпечують підвищення абразивної та абразивноерозійної стійкості високохромистих та Cr-V чавунів, а також сталей ледебуритного класу на 20 %, 30 % та 50 %, відповідно. The dissertation is dedicated to the solving of the relevant scientific and technical task of increasing the operational endurability of metal products made of white alloyed cast iron and intended for use in conditions of severe abrasive and erosive wear. The realization of the research goal is achieved in the work by means of the optimization of the chemical composition of alloys and the application of surface strengthening technologies using highly concentrated energy sources. The processes of modifying the structure and properties of different groups of alloyed cast irons (Cr-Mn-Ni-Mo-V, V-Mn-Ni, Cr-V-Mn-Ni) and ledeburite class steels (Cr-Mn-Si- Ni-V-B, Cr-Mn-Si-Mo-B, Cr-Mn-Si-Mo-V-B) during surface treatment with a fixed plasma jet are studied in the work. A mathematical model of plasma heating of a metal surface in contact with a plasma jet was built and processing modes for modification without melting and with melting of the surface were determined. The optimal mode of plasma heating and the type of the initial structure of the matrix of high-chromium (15% Cr) cast iron were established, which ensure the implementation of the structural mechanisms necessary to achieve the maximum modifying effect. It is shown that plasma surface melting leads to a significant (by an order of magnitude) refining of structural components (austenite dendrites, eutectic colonies, eutectic carbides), and the subsequent volumetric heat treatment promotes the precipitation of nanosized secondary carbides and ensures a sharp increase in surface hardness due to martensitic transformation of depleted austenite. The described structural changes during surface modification with a steady plasma jet ensure an increase in the abrasive and abrasive-erosion resistance of highchromium and Cr-V cast irons, as well as steels of the ledeburite class by 20 %, 30 % and 50 %, respectively.