Концепция создания экономнолегированных аусферритных (бейнитных) высокопрочных чугунов

Abstract

Рассмотрена материальная структура производства отливок в мире, общие объемы выпуска которых превысили 112 млн. т. Показана ведущая доля чугунов и, в частности, рост выпуска высококачественных и высокопрочных чугунов с шаровидным графитом. Описана устойчивая тенденция замены для ответственных машиностроительных изделий легированного стального проката на Austempered Ductile Iron (ADI) – высокопрочный чугун с шаровидным графитом, изотермически закаленный на аусферритную (бейнитную) структуру. Рассмотрена динамика цен на основные легирующие элементы ADI-чугунов (молибден, никель и медь, суммарное количество которых в сплаве достигает 5 %) и показано, что ее рост устойчиво положительный. Цель работы – разработка концепции экономного легирования ADI-чугунов (суммарное содержание молибдена, никеля и меди – не более 2 %), при котором сохранялась бы удовлетворительная прокаливаемость и одновременно снижалась себестоимость. Указанная цель реализовывалась путем снижения до минимума содержания наиболее дорогого элемента – молибдена. Пониженное содержание основной «триады» легирующих элементов компенсировали микродобавками стронция (бария), ванадия, бора, ниобия, добавками мишметалла. Предложено несколько групп экономнолегированных чугунов: 1) низконикелевый и низкомолибденовый с повышенным содержанием меди (до 1,8 %) и добавками ванадия; 2) безмолибденовый с микродобавками бора; 3) безмолибденовый с микродобавками ниобия и бора; 4) полностью безмолибденовый с минимальным легированием никеля и меди. Показано, что обработка давлением наряду с приданием изделию необходимой формы оказывает влияние на кинетику структурно-фазовых превращений и действует аналогично легированию Mo и Ni, сдвигая С-образную кривую вправо. Следовательно, аусферритную структуру можно получить при меньшей скорости охлаждения. Механические свойства при таком легировании и использовании пластической деформации составляют: предел прочности 1100–1500 МПа, относительное удлинение – 2–4 % (нижний бейнит), предел прочности 800–1100 МПа, относительное удлинение – 4–7 % (верхний бейнит).