Изучение влияния концентрации дисперсных частиц на величину временного сопротивления разрушению центробежно-литых стальных заготовок

Разработка новых видов материалов является важнейшей задачей современной промышленности, поскольку развивающиеся отрасли добычи минерально-сырьевых ресурсов, металлургии, машиностроения, предъявляют все более высокие требования к механическим свойствам металлов [1]. Альтернативой традиционно использующимся металлам могут служить композиционные дисперсно-упрочненные заготовки, полученные методом центробежного литья.

Целью данного исследования является определение влияния концентрации дисперсных частиц карбидов на величину временного сопротивления разрушению центробежно-литых заготовок.

Исследование концентрации дисперсных частиц было проведено на сканирующем электронном микроскопе фирмы «JEOL JSM – 6460 LV» путем прямого подсчёта количества частиц на определенную площадь исследуемого образца при одинаковом увеличении [2]. Результаты исследования представлены в табл. 1.

Для величины временного сопротивления разрушению из различных сечений каждой заготовки было получено по шесть образцов размерами кв. 10x65 мм (10x10x65 мм): 1, 1 - с внешней стороны; 2, 2* – ½ радиуса заготовки; 3, 3* – внутренний край (рис. 1). Дублирование места вырезки образца с одного сечения производилось для опре- деления изменения свойств по высоте заготовки. Образцы клеймятся следующим образом: первая цифра – номер заготовки; вторая цифра – вышеописанный номер места вырезки образца.

Для проведения испытаний на разрыв и определения величины сопротивления разрушению используется разрывная машина типа УТС 110М-5.

Испытания показали, что значимых отличий в величине сопротивления разрушению образцы, вырезанные с одного сечения одной заготовки, не показали. Результаты испытаний представлены в табл. 2.

На основании полученных данных была построена диаграмма, отражающая величину сопротивления разрушению полученного материала в различных сечениях (рис. 2).

Исследование показало, что введение дисперсных частиц карбидов существенно повлияло на предел прочности полученного материала, причем в различных сечениях полученных заготовок предел прочности различен. В результате анализа полученных данных выявлено, что даже в заготовках, не имеющих в своем составе дисперсных частиц карбидов, предел прочности по сечению различен. Так, для образцов № 11 и 51 характерно увеличение исследуемого параметра по сравнению с образцами № 12, 13 и 52, 53, что объясняется более мелкой кристаллической структурой, полу-

Таблица 1

Плотность распределения частиц карбида вольфрама по сечению полученных заготовок

Номер заготовки	Кол-во введенной дисперсной фазы WC	Плотность распределения дисперсных частиц
		Внешний слой заготовки, шт./мкм2	Середина заготовки, шт./мкм2	Внутренний слой заготовки, шт./мкм2
1	0	0	0	0
2	40	0,4	0	0
3	80	0,6	0	0
4	120	2,5	0	0
5	0	0	0	0
6	120	2,8	0	0
7	240	5,1	2,6	0,5
8	360	5,1	3,5	3,4

Таблица 2

Результаты испытаний предела прочности образцов

Шифр образца	Максимальное усилие P max , Н	Врем. сопр. σB, Н/мм2	Шифр образца	Максимальное усилие P max , Н	Врем. сопр. σB, Н/мм2
11	4606	366,71	51	4945	393,7
12	4238	337,4	52	4313	343,3
13	3241	258,04	53	4079	324,7
21	5524	439,8	61	6317	502,9
22	4322	344,1	62	4402	350,4
23	4172	332,1	63	4272	340,1
31	5883	468,9	71	8856	605,09
32	4441	353,5	72	5987	476,6
33	4289	341,48	73	5427	432,08
41	6983	555,9	81	8931	611,06
42	4711	375,07	82	8247	556,6
43	4197	333,41	83	7824	522,9

Рис. 1. Схема вырезки образцов из полученных заготовок

внешняя сторона

I   I середина

I   I внутренняя сторона

Рис. 2. Диаграмма предела прочности полученного материала ченной вследствие быстрой кристаллизации в начальные моменты разливки [3].

Наибольшие значения предела прочности наблюдаются в заготовках № 7 и 8, имеющих максимальную концентрацию введенных карбидов. Причем для образцов № 71 и 81 характерны мак- симальные значения предела прочности: 605,09 и 611,06 кгс/мм2 соответственно. В то же время, для образцов № 82 и 83 характерно незначительное уменьшение исследуемого параметра по сравнению с параметром образца № 81 (556,6, 522,9 и 611,06 кгс/мм2 соответственно). Это объясняется

Аникеев А.Н., Чуманов В.И., Чуманов И.В.

Изучение влияния концентрации дисперсных частиц на величину временного сопротивления разрушению… незначительным различием концентраций введенных карбидов по сечению заготовки №8.

Таким образом, можно сделать следующие выводы:

• 1.    Определено, что концентрация введенных дисперсных частиц неодинакова в различных сечениях различных заготовок.

• 2.    Получены данные, что образцы, вырезанные с разных мест одного сечения каждой заготовки, существенных отличий в величине сопротивления разрушению не имеют.

• 3.    Выявлено, что в заготовках, не имеющих дисперсных карбидов, предел прочности различен по сечению заготовок, что объясняется более мелкой кристаллической структурой, полученной в результате быстрой кристаллизации во внешних поверхностных слоях по сравнению с внутренними.

• 4.    Наибольшие значения предела прочности наблюдаются в заготовках, имеющих максимальную концентрацию введенных карбидов.

НИР проведена в рамках проекта РФФИ № 12-08-00896, а также поддержана ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009 - 2013 годы (регистрационный номер заявки на участие в конкурсе № 2012-1.1-12-000-2003-7624).