CC BY
44
ного состава на обработанной поверхности, создает необходимый микрорельеф и в зависимости от назначения и условий работы узлов (включающих подшипники скольжения) создает качественное прессовое соединение. Повышенное содержание свинца на поверхности позволяет снизить коэффициент трения и время приработки, повысить
ресурс работы сопряжения подшипник скольжения — вал.
Список литературы
1. Электромеханическая обработка: технологические и физические основы, свойства, реализация / В.П. Багмутов [и др.]. — Новосибирск: Наука, 2003. — 316 с.
УДК 669.718
В.А. Алов, канд. техн. наук И.М. Соцкая, канд. техн. наук
Ярославская государственная сельскохозяйственная академия
ПОВЫШЕНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ СВОЙСТВ ДЕТАЛЕЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ МАШИН
В настоящее время предметом пристального внимания становится изучение и применение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС) в литейном производстве [1]. Преимущества и новые технологические возможности, открывающиеся при внедрении СВС, позволяют разрабатывать новые высокоэффективные методы поверхностного или объемного упрочнения отливок для деталей машин сельхозназначения. Эти детали подвержены сильному истиранию и ударным знакопеременным нагрузкам по причине специфических условий эксплуатации. Поэтому современное сельскохозяйственное машиностроение требует применения новых железоуглеродистых сплавов, обладающих не только повышенной прочностью, но и рядом специальных свойств, обеспечивающих их длительную и надежную работу.
С этой целью в литейном производстве при модифицировании расплавов используют нанопорошки (НП), которые обладают уникальными физико-химическими и механическими свойствами, и эти свойства могут в определенной степени передаваться получаемым из них или с их участием изделиям. Наномодифицирование является современным высокоэффективным способом изготовления качественных отливок со специальными свойствами за счет повышения дисперсности и однородности структуры сплавов. Однако существующие способы получения и введения НП в расплавы не всегда отвечают необходимым требованиям в связи с их сложностью производства (плазмохимический синтез, метод детонационного синтеза и др.) и особых свойств по сравнению с более крупными порошками [2, 3].
Поэтому получение отливок с высокими специальными свойствами за счет наноразмерной структуры сплавов с минимальными экономиче-
скими затратами требует поиска новых или развития существующих способов синтеза. Этим требованиям, по мнению авторов, как раз и отвечает СВС-процесс. Горение смеси в этом случае не только безгазовое, но и бескислородное. Все продукты реакции горения — твердые и жидкие, причем они могут вовсе не содержать неметаллических фаз и состоять исключительно из металлов и их соединений типа карбидов, нитридов, карбонитридов, боридов, силицидов и др.
Исходя из приоритетов СВС-процесса, авторами разработана и апробирована в промышленных условиях новая комплексная экзотермическая смесь для обработки железоуглеродистых сплавов, содержащая алюминий, фтористый кальций, оксид алюминия, силикокальций и угольную пыль (сажу) [4]. Наличие измельченных присадок сили-кокальция или ферротитана обусловлено тем, что они являются эффективными химическими активными экзотермическими и модифицирующими добавками, оказывающими положительное влияние на температурные, термодинамические и технологические параметры чугуна или стали, их однородность и жидкотекучесть, что способствует повышению дисперсности структуры. При этом модифицирование чугуна небольшими присадками титана основано на образовании оксикарбонитридов этого элемента, служащих активными центрами кристаллизации (графитизации) и поэтому размельчающих макро- и микроструктуру отливок [1]. Кроме того, карбидообразующий титан может выступать в роли графитизатора из-за своеобразных кинетических и термодинамических эффектов.
Металлический алюминий в предложенной смеси является химически активной добавкой, раскисляющей сплав и повышающий его однородность структуры. Угольная пыль кроме модифици-
кой температурой (>3000 °С) происходит уже в две стадии. Первая (вызывающая высвобождение металла из его окисла или другого соединения) представляет собой металлотермическую реакцию. Вторая стадия (собственно СВС) — соединение восстановленного металла с другим окислителем (С, В, А1 и др.). В результате достижения указанных температур многие продукты СВС-процессов (карбиды, нитриды и др.) представляют собой упрочняющие фазы. Продукты СВС образуются в виде наноразмерных тугоплавких металлических фаз с ювенильной поверхностью. Поэтому они лучше смачиваются расплавом, чем такие же частицы, но введенные в расплав извне. Соответственно и модифицирующий эффект значительно выше. Высокая температура протекания гибридных процессов способствует полному разделению жидких металлической и шлаковой фаз. Жидкофазное со-
Таблица 1
Составы экзотермических смесей
Составы смесей Содержание компонентов в экзотермических смесях, мас.%
Алюминий металлический Фтористый кальций Окислы алюминия Силико- кальций Ферро- титан Угольная пыль Перлит Древесная мука
1(Изв.)* 25,3 4,7 15 - - 4 26 25
2 22,3 12,7 30 28 - 7 - -
3 38 18 27 12 - 5 - -
4 32 27 20 18 - 3 - -
5 25 35 14 25 - 1 - -
6 43 37 10 9,5 - 0,5 - -
7 22,5 12,5 30 - 28 7 - -
8 38 18 27 - 12 5 - -
9 32 27 20 - 18 3 - -
10 25 35 14 - 25 1 - -
11 43 37 10 - 9,5 0,5 - -
* Состав приведен в [5].
Таблица 2
Результаты испытаний опытных образцов
Смесь Жидкотеку-честь, мм Выход годного литья, % Склонность к трещинообразованию Ударная вязкость, Дж/см2 Относительное удлинение, % Дисперсность структуры
1(Изв.)* 570 66 3,4 8 2,2 ПД 1,4
2 585 68 3,3 9 2,8 ПД 1,0
3 610 71 3,0 11 3,2 ПД 1,0
4 630 73 2,8 13 3,8 ПД 0,5
5 625 72 2,9 12 3,6 ПД 0,5
6 590 69 3,2 9 3,0 ПД 1,0
7 595 50 3,2 10 2,9 ПД 1,0
8 615 51 2,8 12 3,3 ПД 1,0
9 635 54 2,7 13 3,9 ПД 0,5
10 620 50 2,9 12 3,7 ПД 0,5
11 605 48 3,2 9 3,1 ПД 1,0
* Состав приведен в [5].
92 ---------------------------------------------- Вестник ФГОУ ВПО МГАУ № 2'2011
рующего и графитизирующего влияния способствует формообразованию при изготовлении из смеси таблеток, брикетов, вставок, используемых при внепечной обработке расплавов.
Составы комплексных экзотермических смесей представлены в табл. 1.
Испытание чугунных (СЧ25) образцов, изготовленных с использованием предложенной смеси (табл. 2), показали более высокие характеристики по трещиностойкости (>10 %), ударной вязкости (>30 %) и дисперсности структуры, что особенно важно при производстве массовых отливок ответственного назначения с мелкозернистой структурой: тормозных барабанов, гильз, колес.
Одним из наиболее интересных и перспективных направлений СВС-технологии — применение гибридных процессов металлотермии и СВС [1]. Взаимодействие реагентов в волне горения с высо-
стояние тугоплавких продуктов таких процессов позволяет решать практические задачи не только в области наномодифицирования, но и упрочнять металлическую матрицу атомно-молекулярными соединениями тугоплавких фаз типа А1203 АШ, Т1С, Сг3С2 и других с целью создания металлических композитов с высокой конструктивной прочностью, надежностью и долговечностью. Это позволяет сознательно и целенаправленно конструировать состав и структуру композитов с заранее заданными свойствами.
Другими преимуществами гибридных процессов являются дешевизна и доступность исходного сырья, а также возможность улучшения экологии окружающей среды. Так, для наномодифицирования можно использовать материалы, применяемые для производства ферросплавов, например, ильме-нитовый концентрат (57 % ТЮ2, 37 % Fe3O4), минерал бадделеит (>50 % 2г02) и др. Наиболее доступными для большинства литейных цехов являются: измельченные отходы гальванического производства (Сг3С2, С, Fe3O4), железная или кузнечная окалина ^е304), отходы черных и цветных металлов, в частности алюминиевая стружка как восстановитель металлотермической реакции [6].
Алюминий, обладая самой большой теплотворной способностью (2500 кДж/кг), является раскис-лителем, десульфаратором, а для чугунов — и гра-фитизатором, увеличивает продолжительность эвтектической кристаллизации. Продуктами реакций при алюминотермическом восстановлении, например, ТЮ2, Fe3O4 и Сг3О2 являются соответственно атомарные Т1, Fe и Сг, переходящие в расплав в виде ионов. В результате достижения высоких температур идет вторая стадия СВС — взаимодействие восстановленных металлов с окислителями, находящимися в расплаве с образованием тугоплавких соединений типа карбида титана Т1С, оксикар-бонитридов титана Т1хСуК20;, карбида хрома Сг3С2.
Образующиеся при этом оксиды А1203 также хорошо смачиваются расплавом, в результате чего они не подвергаются флотации и не обволакиваются пузырьками адсорбированных газов, имеют поверхности с высокими эпитаксиальными свойствами и служат дополнительными центрами кристаллизации, увеличивая число эвтектических зерен и измельчая структуру сплава.
На основании изложенного следует, что СВС-процесс представляет собой привлекательный практичный способ получения современных композиционных отливок со специальными свойствами, упрочненных наномодифицированием. СВС имеет ряд преимуществ с точки зрения экономичности, простоты управления процессом и улучшения экологии окружающей среды.
Список литературы
1. Применение самораспространяющегося высокотемпературного синтеза в литейном производстве / А.А. Жуков [и др.] // Литейное производство. — 1984. — № 11. — С. 2-3.
2. Ультрадисперсные модификаторы для повышения качества отливок / В.Е. Хрычиков [и др.] // Литейное производство. — 2007. — № 7. — С. 2-5.
3. Крушенко, Г.Г. Некоторые методы подготовки и введения нанопоршневых модификаторов в металлические расплавы / Г.Г. Крушенко // Нанотехника. — 2008. — № 2. — С. 18-21.
4. Пат. 2376101 В 22 Д1/00 РФ. Комплексная экзотермическая смесь / В.А. Алов, М.И. Карпенко, О.М. Епар-хин, И.Н. Куприянов, С.В. Васильев, И.М. Соцкая. — № 2008121598/02, заявл. 28.05.2008; опубл. 20.12.2009, Бюл. № 35. — С. 549.
5. Алов, В.А. Модифицирование серого чугуна с использованием алюминотермии / В.А. Алов // Электротехническое производство. Передовой опыт и научно-технические достижения. — 1990. — № 5. — С. 18.
6. Пат. 2387519 А В 22 Д1/00 РФ. Способ ковшевого модифицирования серого чугуна / В.А. Алов, М.И. Карпенко, О.М. Епархин, И.Н. Куприянов, С.В. Васильев. — № 2008142591/02; заявл. 27.10.2008; опубл. 27.04. 2010, Бюл. № 12. — С. 700.
