Металургія

Жигуц Ю.Ю., Легета Я.П., Лендел І.В., Фелдеші Т.Т.

Ужгородський національний університет, Україна

ПЕРСПЕКТИВИ ВИКОРИСТАННЯ БІЛИХ ТА СТАБІЛЬНО-ПОЛОВИНЧАСТИХ ЧАВУНІВ

Високолегований білий чавун може розглядатись і як карбідний твердий сплав тому, що між цими двома сплавами немає принципової різниці. Дійсно, ванадієві білі чавуни по структурі схожі на надвисоковуглецеві сталі, що використовуються замість стандартних швидкорізальних сталей [1−3]. У останні роки на основі цього розроблено ряд нових технологічних процесів.

Один з них [4−6] заснований на саморозповсюджувальному високотемпературному синтезі (СВС). Над керамічною формою встановлюється вогнетривка реакційна камера, а між ними прокладається тонкий титановий лист. У реакційній камері розміщується суміш порошків Fe₂O₃, Cr₂O₃, WO₃, Al і C, яка підпалюється невеликою кількістю порошку Ti, запаленого у свою чергу звичайним сірником. Під час горіння проходять класичні термітні реакції відновлення Fe, Cr i W з їх окислів доповнені іншими екзотермічними реакціями карбідоутворення [7, 8]. У зв'язку з додаванням теплових ефектів двох типів реакцій − металотермічної і СВС адіабатична температура горіння такого "гібридного" процесу сягає 3000⁰С, тому продукти реакції (в тому числі і тугоплавкі карбіди) являють собою рідку фазу, яка після відокремлення від шлаку, пропалює титановий лист і заливається у керамічну форму.

Розроблено також варіант технологічного процесу при якому викокоперегрітий розплав заповнює простір над стержнем металорізального інструменту або бурильної коронки і металургічно приварюється до них у одній операції, що виключає операції пайки, склеювання і механічного кріплення [6, 7]. На рис. показано мікрофотографію одного з таких сплавів, який складається з крупних кристалів WC охоплених матрицею з легованого білого чавуна з вмістом вуглецю (~2%) і вольфраму (~24%). Ця металічна зв'язка для карбідів має значно кращі властивості порівняно з кобальтом у традиційних твердих сплавах тому, що вона не тільки цементує надлишкові карбіди, але і самостійно служить інструментальним матеріалом. На рис. видно, що комплексні карбіди у цій матриці глобуляризовані за механізмом реолитва, і таким чином повністю відповідають принципу Шарпі.

Рис. Мікроструктура і рентгенограма карбідосталі отриманої СВС-процесом з масивними карбідами WC (х400), травлення ніталем

З метою отримання карбідосталі (термін карбідосталь, яка складається з карбідів і сталевої матриці, вже введений і у англомовну літературу) з TiC, була пізніше розроблена інша технологія [5]. Згідно з нею у електропечі сплавлялися всі інгредієнти крім Ti, який неможливо вводити у великих кількостях у розплав тому, що рідкий метал повністю втратить рідкотекучість (при масивному формуванні TiC). Порошок Ti або FeTi подається безперервно на струмінь розплаву під час заповнення розливного ковша у якому формується високотемпературний шлікер (температура металу зростає більш ніж на 100⁰С за рахунок утворення TiC). У наступному шлікер переливається з ковша у металеву форму-матрицю, пресується а видалена з металевої форми заготовка швидко піддається операції гарячого деформування поки цей карбідний сплав знаходиться у надпластичному стані. Такий процес може включати в себе реолиття, лиття у кокіль та видавлювання, рідку штамповання та лиття-кування і служить у якості прототипу майбутніх комплексних технологій, що поєднують у собі декілька стадій гарячої обробки металу. У обох прикладах фігурують сплави практично безпористі в той час як зараз аналогічні сплави отримуються тільки методами порошкової металургії, які у більшості випадків придають пористість отриманим продуктам.

Новітні технології націлені на розвиток продукції "ultra high carbon steel" (за визначенням проф. О.Д.Шербі [3]) отриманої або методами порошкової металургії або гарячим деформуванням.

Література:

1. Жуков А.А., Сильман Г.И.,Фрольцов М.С. Износостойкие отливки из комплекснолегированных белых чугунов. М., Машиностроение, 1994. 104 с.

2. Справочник. Чугун /Под ред. А.Д.Шермана, А.А. Жукова. М. 1991, 576 с.

3. Ruano O.A., Eiselstein L.E., Sherby O.D. Metallogical Transaction, 1982, vol. 13 A, N 10, p. 1785-1792.

4. Жигуц Ю.Ю. Синтез матеріалів металотермією та СВС-процесами//Вісті Академії інженерних наук України. − Київ. − АІН України, Нац. техн. ун-тет України „КПІ”. − 2007. − №2 (32). − С. 32−39.

5. Жуков А.О., Жигуц Ю.Ю., Шиліна Е.П., Мажумдар Дж. Дата. Комбінована обробка за допомогою лазерного поверхневого зміцнення і саморозповсюджувального високотемпературного синтезу//Науковий вісник УжНу. − Серія фізика. − № 10. − Ужгород. − 2001. − С. 31–34.

6. Жигуц Ю.Ю., Жуков А.А. Новітні технології виготовлення та зміцнення деталей із використанням СВС-процесів//Восточно-европейский журнал передовых технологий. − Харьков. − Техн. Центр. − 2007. − №1 (25). − С. 32−38.

7. Zhiguts Yu.Yu., Shurokov V.V. Carbide steels synthesized by metallothermy/Materials Science. Springer. New York. − 2005. − V. 41. №5. − P. 666−672.

8. Zhiguts Yu. Špeciálna termitova liatina//Výrobné inžinierstvo. Košice. − 2007. − N 2. − s. 45-48.