ИЗНОСОСТОЙКИЙ ЧУГУН

        Общая характеристика


        Износостойкие белые чугуны — это группа хромистых, марган­цово-хромистых, никель-хромистых чугунов, основной особенно­стью которых является наличие в микроструктуре легирован­ных карбидов железа и (или) карбидов легирующих элемен­тов, обеспечивающих высокую износостойкость в условиях абразивного изнашивания.
Регулирование состояния металлической основы за счет ле­гирования и термической обработки позволяет в достаточно ши­роком интервале изменять износостойкость и обрабатываемость белых чугунов.
Механические свойства белого чугуна характеризуются прежде всего высокой твердостью, умеренной прочностью при растяжении и изгибе (см.табл. ) и практическим отсутствием пластичности. Основная область их применения — защита узлов машин от абразивного изнашивания. Ограничения, налагаемые низкой прочностью белых износостойких чугунов при динамиче­ских нагрузках, могут быть сняты при применении комбиниро­ванных отливок сталь — износостойкий чугун . Для этого рабочая поверхность детали защищается от абразивного износа, вставками из износостойкого чугуна, а прочность де­тали в целом обеспечивается стальной основой.
Плохая обрабатываемость износостойких белых чугунов лез­вийным инструментом связана с наличием в их структуре карбидов
 

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕЛЫХ ИЗНОСОСТОЙКИХ ЧУГУНОВ (ПО ГОСТ 7769-82, DIN 1695 1981)
 
 
 
 Характеристика
 
 
Механические свойства чугуна, содержащего карбиды типа
М3С М7С3 М7С3+ М23Сn
 ϭв , МПа
Ϭизг,  МПа
НВ
Модуль упругости, ГПа
150—390
330—600
450-690
169—183
170-1000
490—1000
430—750
154—190
390—1000
690—1200
250—750
154—190
 
и морфологическими особенностями эвтектики γ+ кар­биды. Однако обрабатываемость чугунов с карбидами хрома в структуре может быть существенно изменена термической об­работкой (табл. 6.2).
Перспективным направлением снижения трудоемкости меха­нической обработки является применение электроискровых ме­тодов обработки, плазменного нагрева зоны резания [.
Литейные свойства белых чугунов (табл. ) хуже, чем се­рых. Однако их жидкотекучести достаточно для получения ли­тых заготовок с толщиной стенок 6—8 мм и ребрами толщиной 3—4 мм в обычных формах . Линейная усадка белых чугунов близка к линейной усадке углеродистой стали.
Белые чугуны обладают повышенной склонностью к образо­ванию горячих и холодных трещин, что связано с широким ин­тервалом кристаллизации сплава, большой величиной линейной усадки, низкой теплопроводностью [12—15 Вт/(м⋅К)].
ГОСТ 7769—82 «Чугун легированный для отливок со специаль­ными свойствами» предусматривает девять марок белых изно­состойких чугунов: низколегированный хромистый марки ЧХЗТ, высоколегированные хромистые марки ЧХ9Н5, ЧХ16, ЧХ16М2, ЧХ22, ЧХ28Д2, ЧX32, высоколегированный марганцевый марки ЧГ7Х4 и низколегированный никелевый марки ЧН4Х2.
Однако с точки зрения особенностей микроструктуры и ха­рактеристик износостойкости более целесообразна классифика­ция белых чугунов по типу карбидов в структуре.
Литейные свойства белых износостойких чугунов, хотя и хуже, чем у серого чугуна, достаточны для получения тонкостенных отливок. Температуры ликвидуса и солидуса, жидкотекучесть и линейная усадка приведены в табл. 6.3. Жидкотекучесть хро­мистых чугунов увеличивается с ростом содержания углерода и .
Кремний улучшает жидкотекучесть хромистых чугунов. Для повышения жидкотекучести при изготовлении тонкостенных от­ливок (тоньше 10 мм) в высокохромистых чугунах (>22 % Сг) допускается увеличение содержания кремния до 1,5 %, (BS 4844 1986).
Белые чугуны имеют высокую склонность к образованию го­рячих и холодных трещин, которая определяется низкой тепло­проводностью, высокой усадкой, высокой теплоемкостью .
Главное назначение белых износостойких чугунов — изготовле­ние деталей машин и оборудования, которые находятся в кон­такте с абразивом — минеральным сырьем, строительными ма­териалами, окалиной и т. д.
Область применения деталей из белых износостойких чугу­нов охватывает практически все добывающие отрасли, энерге­тику, металлургию, строительно-дорожную технику, оборудова­ние, где срок службы деталей определяется абразивным изно­сом .
Критериями выбора конкретной марки износостойкого чу­гуна для детали являются условия работы и интенсивность из­нашивания. Следует учитывать необходимость механической об­работки, прокаливаемость, экономичность [56].
Низколегированные перлитные белые чугуны (табл.) применяются для мелющих шаров малого диаметра, цильпебсов, грязевых насосов, футеровок при низких конструктивных нагрузках, слабых ударах и небольшой интенсивности износа.
 

        МЕХАНИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИЗНОСОСТОЙКОГО ЧУГУНА


        Для черновой и получистовой обработки отливок из износостой­ких белых чугунов рекомендуются твердые сплавы ВК 6М, ВК 6, ВК 8, для чистовой — ВК 2, ВК 3 [59]. Минералокерами­ческие резцы можно рекомендовать только для чистовой обра­ботки без литейной корки и ударов при резании. Оптимальные
 
 СКОРОСТЬ РЕЗАНИЯ ПРИ РАЗЛИЧНЫХ ВИДАХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗНОСОСТОЙКИХ БЕЛЫХ ЧУГУНОВ
Марка чугуна Вид обработки Материал
инструмента
Уравнение скорости резания
ИЧ300Х13ГЗМ Точение В К6 V= _______12,4________
          T 0,18 t 0,15 S 0,53
    V= _______11D 0,22________
          T 0,24 t 0,09 S 0,75 b0,5
  Фрезерование В К6
    V= _______0,183D 0,83________
          T 0,26  S 0,7
  Сверление Р18
    V= _______9,8________
          T 0,33 t 0,23 S 0,54
Нихард-1 Точение В К6
    V= _______3D0,22________
          T 0,24 t 0,09 S 0,75 b 0,55
  Фрезерование В К6

         Примечание. V — скорость резания, м/мин; Т — стойкость резца, мин; t — глубина резания, мм; D - диаметр фреэы (сверла), мм; b — ширина фрезы, мм; S — по­дача, мм/об.
геометрические параметры резцов при точении: γ =-20°, λ=  10°,        α= 1,2÷8°, φ= 60°, φ '= 10°, г = 1 мм. Для заточки фрез при торцевом фрезеровании рекомендуют: γ =-20°, λ= 15°, α= 1,2÷14°, φ= 60°, φ '= 15°, r= 1 мм. Оптимальные параметры режущей части сверл: обратная конусность 0,15; γ у=0°, α =15°. Для чугунов нихард-1 и ИЧ300Х13ГЗМ режимы механической обработки могут быть назначены по данным таблицы  выше.
Применение новых инструментальных материалов позволяет в отдельных случаях проводить токарную обработку отливок из «нихарда» с повышенными скоростями резания. Чистовая обра­ботка при торцовке и расточке чугуна «нихард» (марка 2В по BS 4844 1986, твердость НВ 550—690) минералокерамическими резцами (Al203 + TiC) ведется со скоростью 27—33 м/мин (по­дача 0,125—0,2 мм-1, глубина резания 0,375—0,75 мм). Ско­рость резания при обработке той же детали резцами из поликристаллического нитрида бора увеличивается до 66—80 м/мин при подаче 0,25—0,4 мм-1 и глубине резания 0,75—1,5 мм [60]. Перспективными направлениями снижения трудоемкости меха­нической обработки является применение электрофизических и электрохимических методов обработки. Электроэрозионный ме­тод обработки применяется для обдирных операций на отлив­ках из любых марок износостойких чугунов. Скорость резания при точении чугунов с карбидами М7С3 с применением плазмен­ного нагрева зоны резания достигает 100 м/мин.
Предварительный подогрев до 200—300 °С при обработке чугуна ИЧХ28Н2 обеспечивает минимальную суммарную тем­пературу в зоне резания и повышает производительность меха­нической обработки в 3—5 раз .
 

        Обрабатываемость резанием  износостойких чугунов.


        Обрабатываемость резанием белых износостойких чугунов сильно затруднена из-за большого количества карбидов, содер­жащихся в структуре.
Чугуны с карбидами типа М3С практически не поддаются обработке лезвийным инструментом.Определяющую роль в обрабатываемости чугунов с карби­дами М7С3 играет металлическая основа. Если после отжига она имеет структуру относительно мелкого зернистого перлита, чугун обрабатывается сравнительно легко, несмотря на наличие в структуре карбидов. Износостойкие чугуны с большим коли­чеством аустенита в структуре плохо обрабатываются резанием (V60 до 12 м/мин) из-за процессов интенсивного наклепа и мар­тенситного превращения аустенита в зоне резания. При близ­ких значениях твердости (HRC 36—38), но перлитной струк­туре основы те же чугуны можно обрабатывать со скоростью V60=30÷35 м/мин. Обрабатываемость чугуна с 12 % Сr резко ухудшается при увеличении содержания марганца свыше 3,5—4,0 %. Увеличение содержания углерода в чугуне с 12 % Сг и 1,5 % Мо, особенно сверх 3,2 %, вызывает резкое увеличение износа резца .