/ 15 3 (72), 2013 УДК 669 .1; 621 .74 Поступила 30.08.2013 е. и. МАРукоВич, В. М. ильюШеНко, П. ю. ДуВАлоВ, ГНу «институт технологии металлов НАН Беларуси» ФормироваНие отливки иЗ иЗНосостоЙкого хромистого чугуНа при литЬе в кокилЬ Проведен анализ тепловых процессов формирования отливок из износостойких хромистых чугунов для сменных деталей центробежных мельниц и дробилок. исследовано влияние защитно-разделительных покрытий на интенсив- ность нагрева кокиля. The analysis of thermal processes of formation of castings from wearproof chromic cast irons for replaceable details of cen- trifugal mills and crushers is carried out. Influence of protective and dividing coverings on intensity of heating of the chill mold is investigated. Вследствие ударно-абразивного взаимодействия размалываемого материала с рабочими органами ускорителя происходит интенсивный износ дета- лей, который обусловливает их малый ресурс ра- боты и высокий уровень эксплуатационных затрат [1] . В Республике Беларусь большинство деталей, взаимодействующих с абразивной средой, изготав- ливаются из дорогостоящего износостойкого хро- мистого чугуна ИЧХ28Н2, не отличающегося вы- сокой износостойкостью в условиях сухого трения . Поэтому снижение себестоимости ИЧХ и одновре- менное повышение ресурса работы в сов ременных условиях является важной задачей науки и произ- водства . В Институте технологии металлов НАН Бе- ларуси разработаны составы чугунов, отличаю- щиеся высокой износостойкостью и низкой себестоимостью . Также разработаны литейные тех нологии изготовления литьем в кокиль смен- ных деталей дробильно-размольного оборудова- ния [2] . Однако ресурс работы кокилей довольно низкий, что влияет на себестоимость отливае- мых деталей . Для дальнейшего увеличения ре- сурса работы кокилей были проведены исследо- вания по изучению теплообмена отливки с коки- лем . Исследование проводили на наиболее изна- шиваемых деталях центробежных мельниц, так называемых отбойных плитах . Целью исследования была оценка скоростей нагрева до максимальных температур частей коки- ля в зависимости от применяемого защитно-разде- лительного покрытия . Эксперименты проводили на оборудовании, включающем в себя экспериментальный кокиль (дно, средняя часть, крышка, чаша-питатель из хо- лоднотвердеющей смеси), специальный стол с за- жимами, измерительный комплекс LG Programma- ble Controller, источник бесперебойного питания Ippon Back Office 600, ноутбук HP Pavillion dv6, стол (рис . 1) . В дно экспериментального кокиля непосредс- твенно под местом падения струи расплава на глу- бине 1,1 мм от поверхности устанавливали тер- мопару . Дно и среднюю часть кокиля нагревали в электрической печи до температуры 110 °C и вы- держивали в течение 30 мин для равномерного распределения тепла . Затем кокиль собирали на Рис . 1 . Общий вид экспериментального оборудования 16 / 3 (72), 2013 столе при помощи специальных зажимов . После чего расплав при температуре 1450 °С заливали в кокиль . Были проведены три серии эксперимен- тов . В первой серии дно экспериментального коки- ля красили противопригарным покрытием Амтерм С30 . Во второй и третьей сериях его укрывали со- ответственно одним и двумя слоями теплостойкой кремнеземной ткани [3] . На рис . 2 показаны изме- нения температуры дна кокиля на глубине 1,1 мм от поверхности для случаев литья на крашеную поверхность и поверхность, защищенную одним и двумя слоями кремнеземной ткани . Отражение изменения температуры дна кокиля при литье на крашеную поверхность показано ро- зовой линией . Синяя и фиолетовая линии отража- ют изменение температуры дна кокиля при литье на поверхность, защищенную соответственно од- ним и двумя слоями кремнеземной ткани . Макси- мальная температура нагрева дна кокиля на рас- стоянии 1,1 мм от поверхности составила 520 °С в случае, когда в качестве защитно-разделительно- го покрытия использовали противопригарное пок- рытие Амтерм С30 . Применение одного слоя крем- неземной ткани позволило снизить максимальную температуру нагрева дна кокиля до 278 °С, а при- менение двух слоев кремнеземной ткани – до 206,3 °С . Причем если сравнивать противопригар- ное покрытие с одним слоем кремнеземной ткани, то разница в максимальной температуре нагрева дна кокиля составила 242 °С . При сравнении одно- го и двух слоев ткани разница максимальных тем- ператур нагрева составила только 71,7 °С . Однако нагрев при применении двух слоев ткани шел на- много медленнее – максимум был достигнут толь- ко на 207 с, тогда как при использовании одного слоя ткани – на 58 с . В результате анализа экспериментальных дан- ных установлено, что при использовании противо- пригарного покрытия Амтерм С30 максимальная температура нагрева дна кокиля в 520 °С была до- стигнута за 30 с . Таким образом, средняя темпера- тура нагрева составила 17,3 К/с . Применение слоя кремнеземной ткани увеличило время нагрева дна кокиля до максимальной температуры в 278 °С до 58 с . Скорость нагрева составила 4,8 К/с . Два слоя кремнеземной ткани снизили скорость нагрева до 1 К/с, дно кокиля было нагрето до 206,3 °С за 207 с . Полученные в ходе экспериментов отливки из износостойкого хромистого чугуна были исследо- ваны на микроструктуру, твердость по Роквеллу и микротвердость . На рис . 3 показаны микрострук- туры полученных отливок . По результатам исследования отливки, полу- ченной литьем в кокиль на крашеную поверхность (рис . 3, а), за счет высокой скорости охлаждения преобладают карбиды размером 2–8 мкм, также в небольшом количестве присутствуют карбиды размером 12–25 мкм . Эти карбиды имеют микро- твердость 950 HV при микротвердости матрицы 650 HV, что обеспечило общую твердость в 58– 59 HRC . Во втором случае (рис . 3, б), когда в ка- честве защитно-разделительного покрытия исполь- зовали кремнеземную ткань, преобладают карбиды размером 3–10 мкм при наличии карбидов разме- ром 16–25 мкм . Микротвердость таких карбидов составляет 1120 HV, микротвердость матрицы – 560 HV, а общая твердость – 59–60 HRC . С добав- лением второго слоя кремнеземной ткани при литье в кокиль были получены следующие результаты (рис . 3, в) . Преобладающий размер карбидов – 8– 20 мкм; присутствуют карбиды размером 20–40 мкм, Рис . 2 . Результаты экспериментов Рис . 3 . Микроструктуры отливок из ИЧХ, полученные на крашеной поверхности (а); с применением одного слоя кремнезем- ной ткани (б); с применением двух слоев кремнеземной ткани (в) / 17 3 (72), 2013 а также в небольших количествах карбиды размером 4–8 мкм; микротвердость таких карбидов состав- ляет 882 HV, а микротвердость матрицы – 462 HV, твердость – 55–56 HRC . Выводы Оптимальным является применение в качестве защитно-разделительного покрытия одного слоя кремнеземной ткани, так как это обеспечивает бо- лее комфортные условия работы кокиля . Примене- ние кремнеземной ткани повышает стойкость ко- киля в 2,5 раза за счет предотвращения термоудара и позволяет получать отливки из износостойкого хромистого чугуна в наиболее благоприятных ус- ловиях . Так, отливка, полученная при использова- нии такого покрытия, имеет наилучшее соотноше- ние размеров и микротвердости карбидов и микро- твердости матрицы . Кроме того, судя по микро- твердости в 1120 HV, это карбиды типа (Cr, Fe)7C3 . В отличие от карбидов (Cr, Fe)3C они более про- чные и твердые и являются лучшим вариантом хромисто-карбидной фазы в износостойких хро- мистых чугунах . Проведенные эксперименты позволили дора- ботать технологический процесс литья отбойной плиты центробежной мельницы и внедрить его на производственном участке ИТМ НАН Беларуси . Литература 1 . М а р у к о в и ч, Е . И . Получение отливок из износостойких хромистых чугунов в комбинированных формах / Е . И . Ма- рукович, В . М . Ильюшенко, П . Ю . Дувалов // Перспективные материалы и технологии; под ред . В . В . Клубовича . Витебск, 2013 . Гл . 1 . С . 9–35 . 2 . Износостойкий чугун: пат . 14155 Респ . Беларусь, МПК (2009) С22С 37/00 / В . М . Ильюшенко, К . Э . Барановский; заяви- тель ИТМ НАН Беларуси . № а 20090689; заявл . 13 .05 .2009, опубл . 30 .04 .2011// Афiцыйны бюл . / Нац . цэнтр iнтэлектуал . улас- насцi . 2011 . № 2 . С . 103 . 3 . Заявка № а20091719 от 04 .12 .2009 г . «Способ получения защитно-разделительного покрытия металлических литейных форм» .