Розробка ресурсозберігаючих процесів термічної обробки легованих сплавів з карбідною евтектикою з метою підвищення їх технологічних і експлуатаційних властивостей

(науковий керівник – д-р техн. наук, проф. Єфременко В.Г.)

Мета проекту – розробка високоефективних ресурсозберігаючих способів термічної, термодеформаційної та поверхневої обробки (пом’якшувальної та зміцнювальної) високолегованих білих чавунів та сталей ледебуритного класу для забезпечення підвищеного комплексу технологічних та експлуатаційних властивостей. При виконанні НДР реалізовано концепцію управління кількісними та якісними характеристиками аустенітної фази (первородної, дестабілізованої, залишкової) шляхом максимального використання ефекту виділення вторинних карбідів з аустеніту (або їх зворотного розчинення в аустеніті) при дестабілізуючій термічній обробці з метою регулювання властивостей та схильності g-фази до фазових перетворень на подальших етапах термічної, механічної обробок та в умовах експлуатації. В ході виконання роботи отримано ряд результатів, які становлять наукову новизну та мають важливе значення для розвитку теорії твердофазних перетворень у високовуглецевих сплавах з карбідною евтектикою, зокрема:

1. Вперше побудовано діаграми «Time-Temperature-Transformation» високотемпературного виділення вторинних карбідів з первородного аустеніту в Fe-C-Cr-Mn(Ni, Cu)-Mo(V) чавунах; показано, що виділення вторинних карбідів у чавунах, які містять 13-20 % Cr і сумарно 3-6 % Mn, Ni, Cu, Mo, відбувається з максимальною швидкістю при ~950 оС і завершується впродовж 2-2,5 годин витримки;
2. Отримано нові дані відносно впливу дестабілізуючої термічної обробки на мікроструктуру та фізико-механічні властивості сталей та чавунів з карбідною евтектикою;
3. Вперше отримано дані щодо кінетики зміни стану (фазового та розмірного) вторинної карбідної фази, яка виділяється при розпаді первородного аустеніту в високо вуглецевих Fe-C-Cr-Mn(Ni,Cu)-Mo(V) сплавах;
4. Вперше отримано дані щодо зміни хімічного складу аустеніту у високохромистих чавунах внаслідок виділення вторинних карбідів при дестабілізуючій термічній обробці;
5. Вперше визначено кінетику та механізм зневуглецювання у високохромистих чавунах при 1100-1150 оС в окислювальній атмосфері; вперше виявлені особливості механізму розчинення евтектичних карбідів хрому при зневуглецюванні, які полягають в зародженні та розвиненні в карбідах канальчастих пор, орієнтованих вздовж довгої вісі карбідів;
6. Вперше побудовано діаграми «Time-Temperature-Transformation» для перетворення первородного, збідненого (дестабілізованого) та залишкового аустеніту в означених сплавах в субкритичному інтервалі температур;
7. Вперше виявлено ефект гальмування перлітного перетворення у високохромистих чавунів, легованих підвищеною кількістю аустеніто-утворюючих елементів, який ініціюється виділенням вторинних карбідів при дестабілізації;
8. Показано можливість прискорення процесів коагуляції та сфероідізації карбідів, що утворюються при розпаді мартенситу в загартованому високохромистому чавуні, за рахунок застосування термодеформаційного впливу при термоциклічний обробці;
9. Виявлено ефект підвищення на 23 % абразивної зносостійкості високохромистого чавуну у випадку використання попередньої (пом’якшувальної) термічної обробки та проведення загартування від зниженої (відносно відомого режиму) на ~50 оС температури при скороченій в 4-5 разів витримці, що формує аустенітно-мартенсито-карбідну структуру з підвищеним опором зношуванню.

Переваги результатів НДР над вітчизняними та зарубіжними аналогами:

1. Отримано підвищений рівень оброблюваності різанням та зносостійкості відливок зі сплавів з карбідною евтектикою, розроблено енергоощадні режими їх попередньої (пом’якшувальної) та кінцевої (зміцнювальної) термічної обробки.
2. Розроблено енергоощадні технологічні схеми попередньої (пом’якшувальної) термічної та термодеформаційної обробки високохромистих чавунів та сталей ледебуритного класу, легованих сумарно 3-6 % (Mn, Ni, Cu, Mo), що забезпечують зниження твердості менше 40 HRC і підвищення оброблюваності чавунів лезвійним інструментом при 1,5-2-кратному скороченні тривалості термообробки в порівнянні з вітчизняними або зарубіжними аналогами. Режими запатентовано (патент України № 85134).
3. Розроблено режимі пом’якшувальної термічної обробки, який забезпечує додаткове зниження твердості заготовок чавуну 300Х18Г3М на 10-13 HRC, зростання на 139 % стійкості інструменту, підвищення на 30 % продуктивності праці при операції точіння заготовок. Також забезпечується зниження витрат електроенергії на 22 % за рахунок скорочення тривалості режиму термообробки.
4. Розроблено енергоощадну технологічну схема завершальної (зміцнювальної) термічної обробки, що в порівнянні з вітчизняними та зарубіжними аналогами забезпечує зростання на 23 % абразивної зносостійкості виробів, які пройшли попередню пом’якшувальну термообробку та обробку різанням. Режими запатентовано (патент України № 85133).
5. Розроблено технологію завершальної (зміцнювальної) термічної обробки виробів зі комплексно-легованих високохромистих чавунів та сталей ледебуритного класу, яка відрізняється від відомих аналогів тим, що полегшує чистову обробку різанням загартованої поверхні при високій твердості (до 65 HRC) в об’ємі виробу. На цю технологію подано заявку на отримання патенту.

Галузі економіки, де можуть використовуватися результати НДР (науково-технічна продукція) – машинобудівна та металургійна промисловість. Конкурентоспроможність та інвестиційна привабливість продукції обумовлені отриманням підвищеного рівня технологічних (оброблюваність різанням лезвійним інструментом) та експлуатаційних (зносостійкість) властивостей виробів зі сталі та чавуну, зниженням витрат електроенергії при виконанні їх термічної обробки, підвищенням продуктивності праці при механічній обробці різанням заготовок.